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(cè)元件.
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)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(cè)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(hào)原理來(lái)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(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；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(jí)，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(hào)輸出:
信號(hào)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(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。
信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)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(cè)速。
A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。
A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。
A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減小，抗干擾佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。
對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)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(hào)）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(hào)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(duì)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(qǐng)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(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0～9的輸入鍵，它們對(duì)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(duì)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(hào)中有一個(gè)為有效電平時(shí)，GS＝1，代表有信號(hào)輸入，而只有S0～S9均為高電平時(shí)GS＝0，代表無(wú)信號(hào)輸入,此時(shí)的輸出代碼0000為無(wú)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(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)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(hào)，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(lái)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(lái)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(lái)將采集來(lái)的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號(hào)用以通訊、傳輸和儲(chǔ)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(chǎng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重干擾的情況。增量信號(hào)接收的光電耦合器隔離，應(yīng)用于增量脈沖信號(hào)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(chǎng)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(dòng)機(jī)本身同時(shí)也是一個(gè)發(fā)電機(jī)，在啟動(dòng)的瞬間，電機(jī)動(dòng)力與“發(fā)電”反電動(dòng)勢(shì)是不平衡的，這種不平衡使電機(jī)產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，但這種不平衡也有可能會(huì)在電機(jī)外殼上產(chǎn)生瞬間的交流漏電，我們?cè)跈z查電機(jī)外殼的接地只是靜態(tài)測(cè)得的電阻量，無(wú)法確定在電機(jī)啟動(dòng)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(hào)短路保護(hù)的編碼器，很多的編碼器干擾來(lái)自于其供電電源的波動(dòng)，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(chǎng)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(duì)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(dòng)性干擾的性能；另外，在選擇編碼器時(shí)，需考慮信號(hào)對(duì)電源的短路保護(hù)（信號(hào)線對(duì)電源的正負(fù)極短接不會(huì)“燒”壞編碼器），就是說編碼器設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)信號(hào)的 0V 基準(zhǔn)波動(dòng)有了過濾或截?cái)嘣O(shè)計(jì)。
第四步：信號(hào)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(hào)的信號(hào)傳輸電纜，以及外接的加長(zhǎng)信號(hào)電纜，都應(yīng)選用編碼器信號(hào)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(chǎng)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(hào)的傳輸距離，額外地輸出 A、B 和 Z 通道的反相信號(hào)。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(hào)選擇，應(yīng)選擇具有反相通道的輸出信號(hào)（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(duì)于編碼器正反相的信號(hào)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(hào)傳遞可達(dá)到無(wú)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(chǎng)情況與信號(hào)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(duì)象不是電場(chǎng)，而是高頻（ 40KHz 以上）磁場(chǎng)。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的電力場(chǎng)不影響其內(nèi)部的電路。反過來(lái)，編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生的電信號(hào)也無(wú)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(chǎng)的干擾，所以許多儀器的外殼用導(dǎo)電材料制作并且接地。