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步進(jìn)電機(jī)越來越智能化，編碼器應(yīng)怎么選？
發(fā)布時(shí)間：2020-12-25 07:27:42
編碼器作為轉(zhuǎn)換信號的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于我們生活的周圍。
在智能汽車比賽中，必須利用編碼器檢測汽車模型的瞬時(shí)速度，實(shí)現(xiàn)汽車模型速度的閉環(huán)反饋控制，汽車控制板可以根據(jù)路況的變化執(zhí)行軟件的指令，如加速、減速、轉(zhuǎn)彎等。
在天體探索中，當(dāng)科學(xué)家使用大型天文望遠(yuǎn)鏡跟蹤恒星時(shí)，天文望遠(yuǎn)鏡需要選擇合適的編碼器來達(dá)到一定的速度控制精度。但是，此時(shí)對編碼器的要求非常高。例如，恒星速度為0.004%時(shí)，需要分辨率為26位的編碼器來滿足速度測量要求。
另外還有電梯專用型編碼器、機(jī)床專用編碼器、伺服電機(jī)專用型編碼器等，可以說編碼器無處不在。
那到底什么是編碼器呢？
根據(jù)定義，編碼器是將信號(例如比特流)或數(shù)據(jù)編制、轉(zhuǎn)換為可通信、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。
簡單的理解是將人類無法直接理解的信號轉(zhuǎn)換為我們?nèi)祟惪梢灾苯永斫獾男盘?，使設(shè)備和設(shè)備能夠支配。
編碼器按刻度方法和信號輸出形式分為增量式、絕對值、混合式。
增量式和絕對式很常見，但差異成為困擾很多用戶的難題。
因此，在這里比較增量式和絕對式，使用戶在將來選擇時(shí)能夠做出更好的選擇。
首先，兩者的工作原理各不相同
1.增量編碼器的工作原理:
增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換周期性的電信號，將該電信號轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。
用倒水來表現(xiàn)，增量式編碼器就像找一個(gè)不知道大小的杯子倒水一樣，倒?jié)M一次，把杯子清空一次，倒水，最后按倒?jié)M杯子的次數(shù)計(jì)算距離。
從結(jié)構(gòu)上看，增量式編碼器由連接軸、編碼盤、光源和輸出電路等組成。其實(shí)，編碼器基本上是這個(gè)構(gòu)成，以下不再重復(fù)。
增量式編碼器通過光電發(fā)射器和接收器獲得四組正弦波信號，分別組合成a、b、c、d，各正弦波差90度相位差，四組差360度(即一周波)。將c、d信號反向重疊在a、b兩相中，發(fā)揮增強(qiáng)穩(wěn)定信號的作用，另外，每次輸出z相脈沖代表零位參考位置。
因?yàn)閍、b兩相前后有90度的差異，所以可以通過比較a、b兩相來判斷代碼器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
通過零位脈沖，可以獲得編碼器零位參考位。通過零位參考位和脈沖數(shù)算距離和角度等參考量。
2.絕對編碼器的工作原理。
絕對代碼器的代碼盤上有很多刻線，用于編排代碼器的各個(gè)位置。每個(gè)位置都不一樣，所以想要知道位移的大小，只要知道起始位置和終止位置就可以了，不需要像增量碼器那樣一直計(jì)數(shù)。
還是以倒水為例，絕對的代碼器，尋找刻度高的杯子，往里面倒水，最后根據(jù)開始和結(jié)束的刻度計(jì)算距離。
從結(jié)構(gòu)上看，絕對碼頭的光盤上有很多光線通道刻線，每個(gè)刻線依次排列在2線、4線、8線、16線……這樣，碼頭的任何位置都可以讀取每個(gè)刻線的通、暗，從2的零次方到2的n-1次方的唯一二進(jìn)制代碼(格雷代碼)
這種編碼器由光電編碼盤的機(jī)械位置(起止位置)決定，不受停電、外部干擾的影響，也是絕對編碼器的優(yōu)良特性之一。
由于該特性，絕對編碼器不需要記憶，也不需要找零參考點(diǎn)，也不需要一直計(jì)數(shù)，因此編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)可靠性大大提高。
基于絕對編碼器的結(jié)構(gòu)，它必須面臨計(jì)算到最大值的問題。
為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了多次絕對編碼器。
對于多圈絕對代碼器，常見的設(shè)計(jì)方案如下:
第一，在編碼器內(nèi)部，用機(jī)械齒輪結(jié)合多個(gè)軸，計(jì)算總?cè)?shù)。
舉個(gè)倒水的例子，也就是之前提到的那個(gè)有刻度的杯子，當(dāng)這個(gè)杯子倒?jié)M時(shí)，再找一個(gè)有刻度的、更大的杯子，把小杯子里的水倒進(jìn)大杯子里，最后把大小杯子算出距離。
第二，用電子計(jì)數(shù)器和電容器計(jì)算總旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。
還是拿倒水舉個(gè)例子，這次有刻度的杯子滿了，倒水的同時(shí)，用計(jì)數(shù)器測量滿的次數(shù)，最后用計(jì)數(shù)器和杯子計(jì)算距離。
第三，在一些磁編碼器中，采用韋根金線，利用韋根效應(yīng)計(jì)算。
以上三種方法都需要一定的成本。例如，第一，因?yàn)槭褂昧藱C(jī)械齒輪，所以會磨損代碼器，降低精度。
關(guān)于構(gòu)成多圈絕對值代碼器的方案，在這里不怎么說明，有興趣的朋友可以查閱相關(guān)資料。
兩者因工作原理和機(jī)械構(gòu)成而異，產(chǎn)生了兩個(gè)非常大的不同
1、斷電記憶不同。
增量式編碼器沒有記憶，斷電重新啟動必須返回參考零位置，找到必要的位置，每次斷電都必須重新啟動。
最常見的增量式編碼器是打印機(jī)掃描儀的定位，每次打印機(jī)接通電源，我們都能聽到啪嗒啪嗒的聲音，其實(shí)這是打印機(jī)尋找參考點(diǎn)，之后才能工作。
絕對的代碼器有記憶，切斷電源重啟不返回零位置，就能知道目標(biāo)的位置。這大大提高了絕對編碼器在過程中不受干擾、抗干擾特性、數(shù)據(jù)可靠性。
2、代碼盤不同。
兩者的計(jì)數(shù)方式不同，兩者的代碼盤也大不相同。
碼盤的區(qū)別是絕對碼頭和增量碼頭的最大區(qū)別之一。
除以上差異外，絕對編碼器和增量編碼器還有許多細(xì)節(jié)差異:
1.輸出信號不同。
增量式編碼器輸出的是脈沖信號，絕對式編碼器輸出的是一組二進(jìn)制的數(shù)值。
2.計(jì)數(shù)量有限。
增量式編碼器的轉(zhuǎn)數(shù)不受限制，絕對式編碼器不能超過轉(zhuǎn)數(shù)的量程。
3.應(yīng)用領(lǐng)域不完全相同。
有無斷點(diǎn)記憶，增量式編碼器和絕對式編碼器在應(yīng)用領(lǐng)域有很大差異，增量式編碼器適用于確定速度、距離和運(yùn)動方向，絕對式編碼器因其特性在工程控制定位領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
4、價(jià)格不同。
由于絕對編碼器的優(yōu)良特質(zhì)，價(jià)格比增量編碼器高。
有了兩者的區(qū)別，讓我們來看看選擇編碼器時(shí)應(yīng)該注意哪些因素:
1.是否需要停電維持。
如果需要持續(xù)檢查，必須使用絕對編碼器。
2.必要的測量精度。
相對而言，絕對編碼器的精度高于增量編碼器。
3.分辨率。
代碼器的分辨率，即電機(jī)轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)代碼器輸出的脈沖數(shù)。分辨率的高低是影響速度測量效果的最重要因素之一。
4、所需的最大速度。
編碼器的速度測量方法分為t法、n法和M/T法3種。
一般來說，t法在低速區(qū)測速效果最好，m法在高速區(qū)比t法好。M/T法實(shí)現(xiàn)的方法比M和T法高得多，但在很多情況下，其速度精度也優(yōu)于其他兩種。
4、必要的代碼盤材質(zhì)。
碼盤的材料有玻璃、金屬和塑料。
玻璃碼盤是在玻璃上沉積較薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高。
金屬代碼盤直接通過或不通過刻線，不易破損，但金屬有一定厚度，精度可能受到影響，熱穩(wěn)定性也比玻璃差得多。
塑料碼盤經(jīng)濟(jì)，成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命差。
編碼器的選擇除了以上列舉的因素外，還有很多其他因素，具體要根據(jù)使用場合和環(huán)境進(jìn)行選擇。
最好的選擇方法一定是直接和制造商取得聯(lián)系，和他取得聯(lián)系。
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