倍加福編碼器的詳細工作原理

倍加福編碼器的詳細工作原理
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兩者一般都應用于速度控制或位置控制系統的檢測元件.
旋轉編碼器是用來(lái)測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數主要有每轉脈沖數（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過(guò)這兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。
增量型編碼器與型編碼器的區分
編碼器如以信號原理來(lái)分，有增量型編碼器,型編碼器。
增量型編碼器 (旋轉型)
工作原理:
由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線(xiàn)，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(yíng)、B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。
由于A(yíng)、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。
編碼器碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)是在玻璃上沉積很薄的刻線(xiàn)，其熱穩定性好，精度高，金屬碼盤(pán)直接以通和不通刻線(xiàn)，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個(gè)數量級，塑料碼盤(pán)是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。
分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線(xiàn)稱(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)多少線(xiàn)，一般在每轉分度5~10000線(xiàn)。
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(kāi)路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(cháng)線(xiàn)差分驅動(dòng)（對稱(chēng)A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱(chēng)推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。
信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。
如單相聯(lián)接，用于單方向計數，單方向測速。
A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數、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(chēng)負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場(chǎng)為0，衰減小，抗干擾佳，可傳輸較遠的距離。
對于TTL的帶有對稱(chēng)負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。
對于HTL的帶有對稱(chēng)負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。
編碼器的定義與功能：
在數字系統里，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)數字或控制信號）稱(chēng)為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱(chēng)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滿(mǎn)足關(guān)系N≤2n。 例如8線(xiàn)—3線(xiàn)編碼器和10線(xiàn)—4線(xiàn)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(xiàn)—2線(xiàn)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(xiàn)—2線(xiàn)編碼器的功能如表5.2.1所示。
根據邏輯表達式畫(huà)出邏輯圖如圖5.2.1所示。該邏輯電路可以實(shí)現如表5.2.1所示的功能，即當I0～I3中某一個(gè)輸入為1，輸出 Y1Y0即為相對應的代碼，例如當I1為1時(shí)，Y1Y0為01。這里還有一個(gè)問(wèn)題請讀者注意。當I0為1，I1～I3都為0和I0～I3均為0時(shí)Y1Y0 都是00，而這兩種情況在實(shí)際中是必須加以區分的，這個(gè)問(wèn)題留待后面加以解決。當然，編碼器也可以設計為低電平有效。
2.鍵盤(pán)輸入8421BCD碼編碼器：
計算機的鍵盤(pán)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(mén)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，即對應十進(jìn)制數0～9的輸入鍵，它們對應的輸出代碼正好是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(wú)信號輸入,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分兩種情況下輸出都是全0的問(wèn)題。
編碼器是將信號或數據進(jìn)行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。
編碼器把角位移或直線(xiàn)位移轉換成電信號，前者成為碼盤(pán)，后者稱(chēng)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，一電刷接觸導電區或絕緣區來(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)以透光區和不透光區來(lái)表示代碼的狀態(tài)是"1”還是"0”，通過(guò)"1”和“0”的二進(jìn)制編碼來(lái)將采集來(lái)的物理信號轉換為機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有很多同時(shí)在工作的器件，現場(chǎng)出現較為嚴重干擾的情況。增量信號接收的光電耦合器隔離，應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：在有大型電機和變頻器的場(chǎng)合下，如果碰到有干擾問(wèn)題，那很有可能是遇見(jiàn)電機外殼“交流漏電”了。電動(dòng)機本身同時(shí)也是一個(gè)發(fā)電機，在啟動(dòng)的瞬間，電機動(dòng)力與“發(fā)電”反電動(dòng)勢是不平衡的，這種不平衡使電機產(chǎn)生加速運動(dòng)，但這種不平衡也有可能會(huì )在電機外殼上產(chǎn)生瞬間的交流漏電，我們在檢查電機外殼的接地只是靜態(tài)測得的電阻量，無(wú)法確定在電機啟動(dòng)的瞬間能夠有很好的交流導通接地。在這種情況下，建議編碼器外殼（包括編碼器的轉軸）要與電機外殼絕緣隔離。
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 基準的破壞。要避免此類(lèi)干擾情況的出現，現場(chǎng)的編碼器應由特定的工作電源獨立供電，并且在輸出功率選擇上需做到足夠大（編碼器標示功耗的2倍以上）；同時(shí)，選擇的編碼器應具有寬工作電壓，例如 9～30Vdc 甚至 5～30Vdc 的工作電壓，這表明編碼器內部電路對工作電源的設計，已經(jīng)考慮了輸入電源的降壓穩壓濾波，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)，需考慮信號對電源的短路保護（信號線(xiàn)對電源的正負極短接不會(huì )“燒”壞編碼器），就是說(shuō)編碼器設計中已經(jīng)對信號的 0V 基準波動(dòng)有了過(guò)濾或截斷設計。
第四步：信號電纜選擇，選擇專(zhuān)業(yè)的編碼器雙絞屏蔽電纜，不僅僅是編碼器內部電路的保護，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(cháng)信號電纜，都應選用編碼器信號的雙絞屏蔽電纜，并且電纜需要有超細的高密度高導通性的金屬細線(xiàn)編織成的屏蔽保護層，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。這種傳送標準特性符合 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，干擾在編碼器接收設備中可抵消，此類(lèi)增量編碼器信號傳遞可達到無(wú)干擾傳輸，傳遞也更遠電纜可達到 200米，依據電纜、現場(chǎng)情況與信號頻率。
第七步：電磁屏蔽，電磁屏蔽也是采用導電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象不是電場(chǎng)，而是高頻（ 40KHz 以上）磁場(chǎng)。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)遇到導電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外表面感應出同頻率的電渦流，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(xiàn)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)不影響其內部的電路。反過(guò)來(lái)，編碼器內部電路產(chǎn)生的電信號也無(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電材料制作并且接地。