浅谈工业企业用检测元件--编码器

互推小编 2023-06-12

前面的文章简单介绍了接近开关和光电开关，这篇文章介绍一下工业企业用的检测元件--编码器。

编码器

在目前的自动化生产中，编码器是一种用来监测或反馈旋转运动角度，位置，速度或加速度的传感器。将机械旋转参数转换为对应的电气信号，传送到计数器，转速表，PLC或变频器等设备进行处理，最终完成所需要测量的参数反馈控制。

编码器简单的原理是，编码器内部旋转轴上有一个玻璃，塑料或金属的圆盘，被平均分格成透明或不透明的区域。光源固定在圆盘一侧，光敏元件固定在圆盘的另一侧。光通过透明的区域，光敏元件接收到光，产生脉冲。当光被黑色的区域隔断时，不产生脉冲。

编码器的简单原理

实际上光电扫描这部分的内部结构比较复杂。通常有LED光源，聚光镜，码盘，光敏元件等组成的专用集成电路。LED红外光源一般具有较大的发散角，光强度不够均匀，聚光镜将散射光调整为平行光，经由码盘光栅细分为精细均匀的多光束。单束光光强较弱，所以采用多光束同时工作，这样能有效增大光强，提高光敏元件的感应效果。

最近由于技术的升级出现一种磁式编码器。通过检测旋转磁轮或使用霍尔效应芯片，感应主轴上永磁体的旋转，获得交变磁通信号，来替代光电扫描部分元件。由于没有码盘，不受各种冲击，振动，灰尘，湿气等的影响。结构简单，体积小，产品性价比更高，是未来编码器结构发展的趋势。

编码器按照功能原理来分，可以分为增量型和绝对值型两种。

首先介绍增量型编码器

增量型编码器是指轴每旋转一定角度，编码器按比例提供一定数量的方波脉冲或正余弦脉冲。单圈（360°）脉冲数输出最高可达50000~100000 个。主要用于反馈机械轴的旋转速度。通过测量单位脉冲的周期时间或单位时间内的脉冲数换算即可。也可简单应用于相对定位控制，测量转动的角度和行程。

为了检测旋转方向需要有A，B两个通道。旋转的方向可以通过A，B两相电气上90°相位差来辨别，顺时针方向旋转，通道A超前于通道B，逆时针旋转则相反。

编码器旋转方向判断

加入反相通道是为了提高信号的传输抗干扰能力。干扰脉冲信号可以被正向信号和反向信号的差分电压去掉。这种传送标准一般符合RS422接口。并且推挽式输出也可以选反相输出。

增量型编码器的电气接口可以分为两种

1，长线驱动（RS422）输出

这种接口推荐使用于干扰较严重或通讯距离比较远的场所。所用信号电缆必须为双绞线，以实现最大的抗干扰能力。这种接口方式可用于替代TTL接口。常用的供电电压5VDC或者24VDC。

长线驱动线路示意图

2，推挽式输出

推挽式输出组合了NPN和PNP输出方式。相对于集电极开路输出，推挽式输出的特点是提高了脉冲上升沿。另外，抗干扰能力也增加。可以完全替代NPN，PNP集电极开路输出。

推挽输出线路示意图

接着介绍绝对值编码器

绝对值编码器是在旋转的每一个位置都提供一个独一无二的数字编码值。这个值在测量范围内不重复。单圈绝对值编码器把单圈360°细分成规定数量的测量步。最大的分辨率可达16位，相当于单圈最大可区分65536个位置。多圈绝对值编码器是利用齿轮测量圈数。最多为14位，也就是16384圈的测量范围。加上单圈分辨率，总分辨率可达30位，1073741824个测量位置。绝对值编码器现场主要用于定位控制，也可通过位置差值完成速度反馈功能。当设备掉电上电或受电气干扰，不再需要回到位置参考原点重新计数。可直接得到当前位置值，应用简单，精确，可靠。

绝对值编码器的输出接口有并行接口，SSI接口，AS-Interface，CANopen，DeviceNet，PROFIBUS等等。绝对值编码器的输出代码还分为二进制码和格雷码两种。

二进制码

二进制码是经典的两个数字（0,1）代码。用二进制码可获得与十进制方法一样的计算方法，它属于多步代码（多位同时发生变化的代码）。用这种代码型式从一个位置旋转至另一位置可能多位同时发生变化。例如当从7过渡到8时，位0,1,2和3都发生变化。为了保证数据传送高度安全准确，推荐用从一步到另一步只有一位发生变化代码，更有利于系统的控制和识别，那就是格雷码。格雷码是一种单步码（同一时间只有一位发生变化）。