亨士樂編碼器是如何做到精確測量電機位置的？

生活中經(jīng)常使用的電梯是如何將人們精確地帶到預(yù)定樓層的？這臺機床到底是如何切割材料的？伺服電機如何確保旋轉(zhuǎn)位置精度？所有這些都源于一個工件——編碼器，但什么是編碼器？他到底是如何測量發(fā)動機的位置的？今天西安德伍拓就來談?wù)劸幋a器精確測量電機位置的一些知識。


1、什么是編碼器？

編碼器是一種將信號或數(shù)據(jù)編譯并轉(zhuǎn)換為可用于通信、傳輸和存儲的波形的設(shè)備。編碼器將角位移或線性位移轉(zhuǎn)換為電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。它是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的電機定位裝置，能夠準(zhǔn)確地檢測電機的角位移和旋轉(zhuǎn)位置。

2、編碼器分類

根據(jù)工作原理，編碼器可分為兩類：增量編碼器和絕對編碼器。增量編碼器將位移轉(zhuǎn)換為周期性電信號，然后將電信號轉(zhuǎn)換為計數(shù)脈沖，脈沖數(shù)表示位移的大小。絕對編碼器的每個位置對應(yīng)一個特定的數(shù)字代碼，因此其指示僅與測量的開始和結(jié)束位置有關(guān)，與測量的中間過程無關(guān)。

增量式編碼器

增量編碼器通常有3個輸出端口，即A相位、B相位和Z相位輸出。A相和B相之間的脈沖輸出延遲1/4個周期。根據(jù)延遲關(guān)系可以區(qū)分正反轉(zhuǎn)。取A相和B相的上升沿和下降沿，頻率可以乘以2或4；

增量測量法的網(wǎng)格由周期網(wǎng)格組成。位置信息是通過計算從一個點開始的增量（測量步數(shù)）來獲得的。由于必須使用絕對參考點來確定位置值，旋轉(zhuǎn)編碼器也有一個參考點軌跡。

絕對值編碼器

絕對編碼器對應(yīng)一個圓，每個參考的角度輸出一個與該角度對應(yīng)的唯一二進制值，外圓標(biāo)記裝置可以記錄和測量多個位置。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器打開時，位置值立即可用，并可由下游信號處理電子設(shè)備讀取。無需移動軸即可執(zhí)行原點返回。絕對位置信息來自由一系列絕對代碼組成的圓形編碼器盤。細分單獨的增量軌道信號以生成位置值；也可以選擇生成增量信號。

單圈編碼器的絕對位置值信息在每次旋轉(zhuǎn)時重復(fù)。多圈編碼器還可以區(qū)分每轉(zhuǎn)的位置值。

它們有最大的區(qū)別：對于增量編碼器，位置由從零位開始計數(shù)的脈沖數(shù)決定，而對于絕對編碼器，位置由讀取輸出代碼決定。讀取每個位置的輸出代碼在一圈內(nèi)是唯一的，因此如果電源中斷，絕對編碼器將不會與實際位置斷開。當(dāng)電源再次打開時，位置顯示仍然是最新的和有效的，這與增量編碼器不同，增量編碼器必須達到零位。

3、編碼器的工作原理

四組正弦波信號由一個中心軸上有環(huán)形和暗劃線的光電碼盤獲得，并由光電發(fā)射和接收設(shè)備讀取，對于a、B、C、D，每個正弦波的相位差為90度（相對于一個周期360度），C和D信號被反轉(zhuǎn)并疊加在A和B相位上，以增強穩(wěn)定信號，此外，每轉(zhuǎn)一圈都有一個Z相位脈沖輸出，代表零參考位。

由于相位A和B相差90度，因此可以通過比較相位A或相位B來預(yù)先判斷編碼器的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)，并且可以通過零脈沖獲得編碼器的零參考位置。編碼盤的材料有玻璃、金屬和塑料。玻璃碼盤是應(yīng)用在玻璃上的一條細刻線，具有良好的熱穩(wěn)定性和高精度。但由于金屬具有一定的厚度，其精度受到限制，其熱穩(wěn)定性比玻璃低一個數(shù)量級。塑料碼盤經(jīng)濟、成本低，但其精度、熱穩(wěn)定性和耐久性較差。

分辨率——編碼器每360度旋轉(zhuǎn)提供的通過數(shù)或暗線數(shù)稱為分辨率，也稱為分辨率分割，或直接指多少線，通常為每旋轉(zhuǎn)5到10000線。

4、位置測量和反饋控制原理

編碼器在電梯、機床、材料加工、電機反饋系統(tǒng)以及測量和控制設(shè)備中起著極其重要的作用。編碼器使用光柵和紅外光源通過接收器將光信號轉(zhuǎn)換為TTL（HTL）電信號。通過分析TTL電平頻率和高電平數(shù)，可以直觀地回放電機的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)位置。

由于角度和位置可以精確測量，編碼器和逆變器可以組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使控制更精確，這就是為什么電梯、機床等可以如此精確地使用。

總之，我們知道編碼器根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為兩種類型：增量和絕對，它們也將其他信號（如光信號）轉(zhuǎn)換為可以分析和控制的電信號。我們生活中常用的電梯和機床正是基于對電機的精確調(diào)整。通過電信號的反饋控制，Hengstler編碼器與逆變器一起工作，自然實現(xiàn)精確控制。