从增量值编码器到绝对值多圈编码器
时间：2023-03-20来源：佚名
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增量值旋转编码器，也叫圆光栅、脉冲码盘，从这些名称可以知道，它是圆形的光栅刻线码盘，旋转后通过光通量的明暗变化，产生脉冲，通过外部设备的计数脉冲，来增量地加（或减）脉冲数而测得旋转的角度。例如，圆光栅每周刻有360条刻线，每个刻线产生的一个脉冲就相当于1度，测得脉冲累计增加30个，就是正向选转了30度。 实际上读取这些刻线的光眼有两个（或有四个），两个光眼各自输出A相于B相，用以判断刻线是从哪个方向过来的，是A提前于B，还是B提前于A，就像人的左右眼，从而知道编码器的旋转方向，这样，判断脉冲的计数是增还是减，从而获得真实的旋转角度。 在实际使用中，A相与B相的位置相差1/4个脉冲周期，这样，从正方向过来是1/4周期差，而从反方向过来就是3/4，可用于判断旋转方向。如果以一个脉冲周期为360度“相位”角，这样的1/4就是90度相位差，而3/4就是270度相位差。另外，旋转编码器每圈还有一个单独的刻线，相当于零位（Zero），也称为Z相，用于读取每周的起始点。 这些圆光栅码盘，最早是由圆金属片刻蚀获得，而金属刻蚀精度有限，转而用玻璃镀膜刻蚀，玻璃码盘的精度是最高的，但易碎。对于一些经济型的编码器，也有用塑料菲林做的，近期有新技术用树脂材料，与玻璃码盘一样的加工工艺，可在较高精度与稳定性的情况下，而相比玻璃码盘不易损坏，这可能是大工业批量化生产的趋势。 旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。实际上，工业控制由于使用的设备越来越多，干扰信号越来越多而且越来越复杂，对于增量信号更多的是干扰信号对于脉冲的多计与漏计无从判断，造成累计误差。 解决的方法是增加外部参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），有些是连续工作而不允许经常去找零的，于是就有了绝对编码器的出现。 绝对编码器光码盘上有许多道由里至外的刻线码道，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过n个光眼读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方变化的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，每个位置的编码是唯一、绝对的，所以称为绝对值编码器。它不受停电、干扰的影响。 绝对值编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就可以去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器 旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光码盘各码道刻线，以获取唯一的一组编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对式编码器。 如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对式编码器。 早先的多圈计算，是每转超过360度，在计数器内增加一个圈数计数（计圈的方法类似于增量编码器），但这种方法在编码器如停在360度附近停电或受干扰就很危险，有可能漏过了计圈而编码相差一圈，也有用编码器内置电池来计圈的，但电池的寿命、振动接触、低温失效等问题，仍然是危险的。有些电池以间隙式工作来延长寿命，但间隙式工作对于编码器转动的速度就有限制。这些方法，对于多圈绝对的使用，是有很大风险的。 真实多圈绝对值编码器：编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，增加了一组机械齿轮组码盘，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组齿轮码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为真实多圈绝对值编码器，对于多圈的数值，同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。 多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。 真实多圈绝对值编码器在长度定位方面的优势明显，尤其是可靠性方面无可替代，已经越来越多地应用于工控定位中。 |
