編碼器如何準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)的位置？

編碼器如何準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)的位置？

生活中經(jīng)常使用的電梯，如何將人準(zhǔn)確地帶到某些樓層？機(jī)器切割材料的伺服電機(jī)如何保證床身的精確旋轉(zhuǎn)位置精度？這一切都?xì)w功于一個(gè)又一個(gè)的工件，但編碼器是什么？它如何準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)的位置？今天我們來(lái)談?wù)劸幋a器。

什么是編碼器？

編碼器是一種編譯信號(hào)或數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為可以通信、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器將角度或長(zhǎng)度偏移轉(zhuǎn)換為稱(chēng)為碼盤(pán)的電信號(hào)，另一個(gè)稱(chēng)為刻度。是行業(yè)內(nèi)廣泛使用的電機(jī)定位裝置，可準(zhǔn)確測(cè)試電機(jī)的角位移和旋轉(zhuǎn)位置

編碼器的分類(lèi)

根據(jù)工作原理，編碼器可分為增量式和絕對(duì)式。增量編碼器將移位轉(zhuǎn)換為周期性電信號(hào)，然后將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)，脈沖數(shù)表示移位的大小。絕對(duì)編碼器的每個(gè)位置對(duì)應(yīng)于一個(gè)絕對(duì)數(shù)字代碼，因此其顯示僅指測(cè)量的開(kāi)始和結(jié)束位置，而不指測(cè)量的中間過(guò)程

增量編碼器

增量編碼器一般有3個(gè)輸出端，即A相、B相、Z相輸出、A相和B相延遲1/4周期的脈沖輸出，根據(jù)延時(shí)關(guān)系，可以區(qū)分前進(jìn)檔和倒檔，通過(guò)取B相的上升沿和下降沿，頻率2或4可以加倍： 2相是單匝脈沖，即每匝發(fā)出一個(gè)脈沖增量測(cè)量方法的晶格，它由周期性晶格條組成。位置信息是通過(guò)計(jì)算從點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)（測(cè)量步長(zhǎng)）獲得的。由于參考點(diǎn)需要絕對(duì)位置值，因此圓形網(wǎng)格輪也具有參考點(diǎn)導(dǎo)軌。

絕對(duì)編碼器

絕對(duì)編碼器對(duì)應(yīng)一轉(zhuǎn)，每個(gè)參考角度輸出與角度對(duì)應(yīng)的唯一二進(jìn)制值，外部線圈裝置可以記錄和測(cè)量多個(gè)位置。

位置值在打開(kāi)編碼器后立即可用，并為后續(xù)的信號(hào)處理電子設(shè)備做好準(zhǔn)備。無(wú)需將軸移動(dòng)到參考點(diǎn)的零點(diǎn)。絕對(duì)位置信息來(lái)自圓形網(wǎng)格輪，該輪由一系列絕對(duì)代碼組成。單個(gè)增量鋼軌雕刻信號(hào)通過(guò)細(xì)分生成位置值，并可選擇生成增量信號(hào)

單圈編碼器的絕對(duì)位置值信息每轉(zhuǎn)一圈重復(fù)。多圈編碼器還可以評(píng)估每轉(zhuǎn)位置值的X。

它們具有最大的區(qū)別：在增量編碼器中，位置從零標(biāo)記開(kāi)始時(shí)計(jì)算的脈沖數(shù)來(lái)看是絕對(duì)的，而絕對(duì)編碼器的位置通過(guò)讀取輸出代碼是絕對(duì)的。每個(gè)位置的輸出代碼讀數(shù)在一圈內(nèi)是明確的，因此在電源中斷時(shí)，絕對(duì)編碼器不會(huì)與實(shí)際位置分離。當(dāng)電源重新打開(kāi)時(shí)，位置值仍然是最新的且有效，這與增量編碼器不同，增量編碼器必須找到零標(biāo)記。

編碼器的工作原理

通過(guò)中間有波的光電碼盤(pán)，有環(huán)形、暗線、光電發(fā)射和接收器件讀數(shù)，四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D，每個(gè)正弦波有90度的相位差（相對(duì)于一個(gè)周期360度），CD信號(hào)反轉(zhuǎn)， 疊加A和B兩相，可以增加穩(wěn)定信號(hào)：每轉(zhuǎn)輸出另一個(gè)Z相位脈沖，表示零參考位。

由于A和B相差為90度，因此可以通過(guò)比較編碼器前的A相位或編碼器前的B相位來(lái)確定編碼器的正反轉(zhuǎn)，并通過(guò)零脈沖獲得編碼器的零參考位置。編碼器碼盤(pán)的材料是玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)沉積在很細(xì)的玻璃線上，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤(pán)直接穿過(guò)而不穿過(guò)雕刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度有限，其熱穩(wěn)定性比玻璃差一個(gè)數(shù)量級(jí)，  塑料碼盤(pán)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、使用壽命較差。

判別率編碼器表示每旋轉(zhuǎn)360度有多少條通道或暗線稱(chēng)為判別率，也稱(chēng)為解析索引，或直接稱(chēng)量多少條線，一般以每轉(zhuǎn)5~10000條線的分割。

編碼器的位置測(cè)量和反饋原理

編碼器在電梯、機(jī)床、材料加工、電機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和夾持設(shè)備中發(fā)揮著極其重要的作用。編碼器使用光柵和紅外光源將光信號(hào)通過(guò)接收器轉(zhuǎn)換為電TTL（HTL）信號(hào)，通過(guò)對(duì)TTL電平頻率和高電平數(shù)的分析，直觀地反映電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)位置，因?yàn)榻嵌群臀恢每梢跃_測(cè)量， 編碼器和變頻器可以形成一個(gè)封閉的抓取系統(tǒng)，這更準(zhǔn)確，這就是為什么電梯、機(jī)床等?？梢匀绱藴?zhǔn)確地使用。

綜上所述，我們知道編碼器按結(jié)構(gòu)分為增量信號(hào)和絕對(duì)信號(hào)，它們還將其他信號(hào)，如光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為可以分析和捕獲的電信號(hào)，而我們生活中常見(jiàn)的機(jī)床只是基于電機(jī)的精確調(diào)整， 通過(guò)捕獲閉環(huán)電信號(hào)，編碼器的協(xié)作變頻器也被認(rèn)為是理所當(dāng)然的，以實(shí)現(xiàn)精確的傳感。

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