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倍加福編碼器的詳細(xì)工作原理
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兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件.
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置,。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有）,，和供電電壓等,。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖,，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖,，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速,，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。
增量型編碼器與型編碼器的區(qū)分
編碼器如以信號原理來分,，有增量型編碼器,型編碼器,。
增量型編碼器 (旋轉(zhuǎn)型)
工作原理:
由一個(gè)中心有軸的光電碼盤,，其上有環(huán)形通,、暗的刻線,，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B,、C,、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對于一個(gè)周波為360度），將C,、D信號反向,，疊加在A、B兩相上,，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號,；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。
由于A,、B兩相相差90度,，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),，通過零位脈沖,，可獲得編碼器的零位參考位。
編碼器碼盤的材料有玻璃,、金屬,、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,，其熱穩(wěn)定性好,，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線,，不易碎,，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制,，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級,，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低,，但精度,、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些,。
分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率,，也稱解析分度、或直接稱多少線,，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線,。
信號輸出:
信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式,，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式,、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng),。
信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計(jì)數(shù)器,、PLC、計(jì)算機(jī),，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,，開關(guān)頻率有低有高。
如單相聯(lián)接,，用于單方向計(jì)數(shù),，單方向測速。
A.B兩相聯(lián)接,，用于正反向計(jì)數(shù),、判斷正反向和測速。
A,、B,、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量,。
A,、A-，B,、B-,，Z、Z-連接,，由于帶有對稱負(fù)信號的連接,，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減小,，抗干擾佳,，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器,，信號傳輸距離可達(dá)150米,。
對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米,。
編碼器的定義與功能：
在數(shù)字系統(tǒng)里,，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進(jìn)制碼按一定的規(guī)律編排,，例如8421碼,、格雷碼等,，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個(gè)數(shù)字或控制信號）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器,。編碼器有若干個(gè)輸入,，在某一時(shí)刻只有一個(gè)輸入信號被轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制碼。如果一個(gè)編碼器有N個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端,，則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N≤2n。 例如8線—3線編碼器和10線—4線編碼器分別有8輸入,、3位二進(jìn)制碼輸出和10輸入,、4位二進(jìn)制碼輸出。
1.4線—2線編碼器
下面分析4輸入,、2位二進(jìn)制輸出的編碼器的工作原理,。4線—2線編碼器的功能如表5.2.1所示。
根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯圖如圖5.2.1所示,。該邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)如表5.2.1所示的功能,，即當(dāng)I0～I(xiàn)3中某一個(gè)輸入為1，輸出 Y1Y0即為相對應(yīng)的代碼,，例如當(dāng)I1為1時(shí),，Y1Y0為01。這里還有一個(gè)問題請讀者注意,。當(dāng)I0為1,，I1～I(xiàn)3都為0和I0～I(xiàn)3均為0時(shí)Y1Y0 都是00，而這兩種情況在實(shí)際中是必須加以區(qū)分的,，這個(gè)問題留待后面加以解決,。當(dāng)然，編碼器也可以設(shè)計(jì)為低電平有效,。
2.鍵盤輸入8421BCD碼編碼器：
計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成,。圖5.2.2是用十個(gè)按鍵和門電路組成的8421碼編碼器，其功能如表5.2.2所示,， 其中S0～S9代表十個(gè)按鍵,，即對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0～9的輸入鍵，它們對應(yīng)的輸出代碼正好是8421BCD碼,，同時(shí)也把它們作為邏輯變量,，ABCD 為輸出代碼(A為高位)，GS為控制使能標(biāo)志,。
對功能表和邏輯電路進(jìn)行分析,，都可得知：①該編碼器為輸入低電平有效；②在按下S0～S9中任意一個(gè)鍵時(shí),即輸入信號中有一個(gè)為有效電平時(shí),，GS＝1,，代表有信號輸入,，而只有S0～S9均為高電平時(shí)GS＝0，代表無信號輸入,此時(shí)的輸出代碼0000為無效代碼,。由此解決了前面提出的如何區(qū)分兩種情況下輸出都是全0的問題,。
編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊,、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備,。
編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者成為碼盤,，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出,，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是"1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是"1”還是"0”,，通過"1”和“0”的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存,。
隔離措施：隔離是破壞干擾途徑,、切斷耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾的一種技術(shù)措施,。編碼器工作電源如果選擇 DC/DC 隔離電源,，主要使用在供電電源系統(tǒng)有很多同時(shí)在工作的器件，現(xiàn)場出現(xiàn)較為嚴(yán)重干擾的情況,。增量信號接收的光電耦合器隔離,，應(yīng)用于增量脈沖信號的接收單元電路中。光電耦合器是一種電光電耦合器件,它的輸入量是電流,，輸出量也是電流,，但是輸入、輸出之間從電氣上看卻是絕緣的,。保證了輸入回路和輸出回路的電氣隔離第二步：編碼器安裝的絕緣隔離：在有大型電機(jī)和變頻器的場合下,，如果碰到有干擾問題，那很有可能是遇見電機(jī)外殼“交流漏電”了,。電動機(jī)本身同時(shí)也是一個(gè)發(fā)電機(jī),，在啟動的瞬間，電機(jī)動力與“發(fā)電”反電動勢是不平衡的,，這種不平衡使電機(jī)產(chǎn)生加速運(yùn)動,，但這種不平衡也有可能會在電機(jī)外殼上產(chǎn)生瞬間的交流漏電，我們在檢查電機(jī)外殼的接地只是靜態(tài)測得的電阻量,，無法確定在電機(jī)啟動的瞬間能夠有很好的交流導(dǎo)通接地,。在這種情況下，建議編碼器外殼（包括編碼器的轉(zhuǎn)軸）要與電機(jī)外殼絕緣隔離,。
第三步：編碼器電源：選擇具有寬工作電源與信號短路保護(hù)的編碼器,，很多的編碼器干擾來自于其供電電源的波動,，和電源 0V 基準(zhǔn)的破壞。要避免此類干擾情況的出現(xiàn),，現(xiàn)場的編碼器應(yīng)由特定的工作電源獨(dú)立供電,，并且在輸出功率選擇上需做到足夠大（編碼器標(biāo)示功耗的2倍以上）；同時(shí),，選擇的編碼器應(yīng)具有寬工作電壓,，例如 9～30Vdc 甚至 5～30Vdc 的工作電壓，這表明編碼器內(nèi)部電路對工作電源的設(shè)計(jì),，已經(jīng)考慮了輸入電源的降壓穩(wěn)壓濾波,，有較好的電源抗波動性干擾的性能；另外,，在選擇編碼器時(shí)，需考慮信號對電源的短路保護(hù)（信號線對電源的正負(fù)極短接不會“燒”壞編碼器）,，就是說編碼器設(shè)計(jì)中已經(jīng)對信號的 0V 基準(zhǔn)波動有了過濾或截?cái)嘣O(shè)計(jì),。
第四步：信號電纜選擇，選擇專業(yè)的編碼器雙絞屏蔽電纜,，不僅僅是編碼器內(nèi)部電路的保護(hù),，編碼器自帶的用于輸出信號的信號傳輸電纜，以及外接的加長信號電纜,，都應(yīng)選用編碼器信號的雙絞屏蔽電纜,，并且電纜需要有超細(xì)的高密度高導(dǎo)通性的金屬細(xì)線編織成的屏蔽保護(hù)層，可以吸收外部輻射的高頻電磁場變化,，從而起到屏蔽保護(hù)的作用第五步：反向通道：反向通道是為了提高信號的傳輸距離,，額外地輸出 A、B 和 Z 通道的反相信號,。這種傳送標(biāo)準(zhǔn)特性符合 RS422 接口,，并且推挽式輸出也可以自選反相輸出。
第六步：增量編碼器的信號選擇,，應(yīng)選擇具有反相通道的輸出信號（HTL-G6),，一方面，具備 9～30V 的寬電源與極性,、短路保護(hù)功能的編碼器不易損壞,；另一方面由于干擾源對于編碼器正反相的信號的干擾作用相當(dāng)，干擾在編碼器接收設(shè)備中可抵消,，此類增量編碼器信號傳遞可達(dá)到無干擾傳輸,，傳遞也更遠(yuǎn)電纜可達(dá)到 200米，依據(jù)電纜,、現(xiàn)場情況與信號頻率,。
第七步：電磁屏蔽,，電磁屏蔽也是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形,，將被保護(hù)的電路包圍在其中,。它屏蔽的干擾對象不是電場，而是高頻（ 40KHz 以上）磁場,。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí),，就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾的能量,，使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁場的影響,。
第八步：靜電屏蔽，靜電屏蔽就是用銅或鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬為材料制作成封閉的金屬外殼,，并與地線連接,，把需要屏蔽的編碼器電路置于其中，使外部干擾電場的電力場不影響其內(nèi)部的電路,。反過來,，編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生的電信號也無法外逸去影響外部電路。靜電屏蔽不但能夠防止靜電干擾,，也一樣能防止交變電場的干擾,，所以許多儀器的外殼用導(dǎo)電材料制作并且接地。