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分析不同hengstler編碼器的技術(shù)原理和優(yōu)缺點

編輯:Hengstler(亨士樂)編碼器    發(fā)布時間:2022/5/5 14:15:08

摘要:本文概述了三種hengstler編碼器技術(shù),光、磁和電容,并概述了每種技術(shù)的權(quán)衡。磁性編碼器在結(jié)構(gòu)上與光學(xué)編碼器類似,但使用磁場而不是光束。磁編碼器用間隔極磁編碼器取代開槽光學(xué)編碼器,間隔極磁編碼器在霍爾效應(yīng)或磁阻傳感器陣列上旋轉(zhuǎn)。
分析不同hengstler編碼器的技術(shù)原理和優(yōu)缺點

hengstler編碼器在運動控制產(chǎn)品中比較常見,旋轉(zhuǎn)編碼器是運動控制反饋回路的關(guān)鍵部件,包括工業(yè)自動化設(shè)備和過程控制、機器人、醫(yī)療設(shè)備、電力、航空航天等。

作為將機械運動轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備,編碼器為工程師提供位置、速度、距離和方向等關(guān)鍵數(shù)據(jù),以優(yōu)化整體系統(tǒng)性能。

光學(xué)、磁和電容是工程師可以使用的三種主要編碼器技術(shù)。然而,有許多因素需要考慮,以確定哪種技術(shù)最適合最終應(yīng)用。

本文概述了三種hengstler編碼器技術(shù),光、磁和電容,并概述了每種技術(shù)的權(quán)衡。

1、光學(xué)編碼器

多年來,光學(xué)編碼器一直是運動控制市場的熱門選擇。它由一個LED光源(通常是紅外光源)和一個位于編碼器盤兩側(cè)的光電探測器組成。

圓盤由塑料或玻璃制成,由一系列半透明和不透明的線條或狹縫隔開。隨著磁盤旋轉(zhuǎn),LED光路被磁盤上的間隔線或狹縫阻擋,產(chǎn)生兩個典型的方形脈沖A和B,可用于確定軸旋轉(zhuǎn)和速度。

光學(xué)編碼器的典型A和B正交脈沖,包括索引脈沖
圖1:光學(xué)編碼器的典型A和B正交脈沖,包括索引脈沖

雖然光學(xué)編碼器被廣泛使用,但也存在一些缺點:在灰塵和骯臟的環(huán)境中,例如在工業(yè)應(yīng)用中,污染物可能會積聚在編碼器盤上,并阻止LED光傳輸?shù)焦鈱W(xué)傳感器。

受污染的編碼盤會嚴重影響光學(xué)編碼器的可靠性和準確性,從而導(dǎo)致方波的間歇性或完全丟失。

LED的壽命有限,最終會燒壞,導(dǎo)致編碼器故障。此外,玻璃或塑料編碼器容易受到振動或極端溫度的損壞,這限制了光學(xué)編碼器在惡劣環(huán)境應(yīng)用中的使用;它們在發(fā)動機上的組裝非常耗時,并且有更大的污染風(fēng)險。

最后,如果光學(xué)編碼器具有更高的分辨率,它將消耗超過100mA的電流,進一步限制其在移動或電池供電設(shè)備中的使用。

2、磁性編碼器

磁性編碼器在結(jié)構(gòu)上與光學(xué)編碼器類似,但使用磁場而不是光束。磁編碼器用間隔極磁編碼器取代開槽光學(xué)編碼器,間隔極磁編碼器在霍爾效應(yīng)或磁阻傳感器陣列上旋轉(zhuǎn)。

碼盤的每次旋轉(zhuǎn)都會使這些傳感器做出響應(yīng),產(chǎn)生的信號被傳遞到信號調(diào)節(jié)前端電路,以確定軸的位置。

與光學(xué)編碼器相比,磁性編碼器具有更耐用、抗振動和抗沖擊的優(yōu)點。此外,光學(xué)編碼器的性能在灰塵、污垢和油等污染物的存在下會受到嚴重影響,而磁性編碼器不會受到影響,因此非常適合在惡劣環(huán)境中應(yīng)用。

然而,電機(尤其是步進電機)的電磁干擾會嚴重影響磁性編碼器,溫度變化也會導(dǎo)致位置漂移。

此外,磁性編碼器的分辨率和精度相對較低,在這方面遠不如光學(xué)和電容編碼器。

3、電容式編碼器

電容式編碼器主要由轉(zhuǎn)子、固定發(fā)射機和固定接收機三部分組成。電容式傳感使用條形或線狀模式,其中一個電極位于固定元件上,另一個位于移動元件上,以形成配置為接收器/發(fā)射器對的可變電容器。

轉(zhuǎn)子上刻有正弦波,在電機軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生特定但可預(yù)測的信號。然后,該信號通過hengstler編碼器的板載ASIC進行轉(zhuǎn)換,以計算軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向。

編碼器碼盤的比較
圖2:編碼器碼盤的比較

4、電容式編碼器的優(yōu)點

電容式編碼器的工作原理與數(shù)字卡鉗相同,因此提供了一種解決方案,克服了光學(xué)和磁性編碼器的許多缺點。

這種基于電容的編碼器技術(shù)已被證明是非常可靠和準確的。

電容式編碼器不需要LED或視線,即使存在灰塵、污垢和油等可能影響光學(xué)編碼器的環(huán)境污染物,也能按預(yù)期運行。

此外,與光學(xué)編碼器中使用的玻璃盤相比,它不太容易受到振動和極端高溫/低溫的影響。

如前所述,電容式編碼器的使用壽命往往比光學(xué)編碼器更長,因為它們不會導(dǎo)致LED燈燒毀。

因此,電容式編碼器的封裝尺寸更小,在僅6到18 mA的全分辨率范圍內(nèi)功耗更低,更適合電池供電的應(yīng)用。

與磁性編碼器相比,電容式技術(shù)具有魯棒性、準確性和分辨率,因此后者對電磁干擾和電噪聲的暴露受后者的影響較小。

此外,電容式編碼器的數(shù)字特性在靈活性和可編程性方面具有顯著優(yōu)勢。由于光學(xué)或磁性編碼器的分辨率由編碼器輪決定,因此每次需要不同分辨率時,都會使用一個新的hengstler編碼器,從而增加設(shè)計和制造過程的時間和費用。

然而,電容式編碼器有一系列可編程的分辨率,因此設(shè)計人員不必在每次需要新分辨率時更換編碼器,這不僅減少了庫存,還簡化了PID控制回路微調(diào)和系統(tǒng)調(diào)整。

當(dāng)涉及到無刷直流電機的換向時,電容式編碼器允許數(shù)字對準和折射率脈沖調(diào)整,這項任務(wù)對于光學(xué)編碼器來說可能是重復(fù)和耗時的。

內(nèi)置診斷為開發(fā)人員提供了對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進一步訪問,以優(yōu)化系統(tǒng)或進行現(xiàn)場故障排除。

電容、光學(xué)和磁性編碼器技術(shù)關(guān)鍵性能指標的比較
圖3:電容、光學(xué)和磁性編碼器技術(shù)關(guān)鍵性能指標的比較

5、需要仔細考慮的幾個要點

在許多運動控制應(yīng)用中,溫度、振動和污染是編碼器必須克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。事實證明,電容式編碼器可以克服這些挑戰(zhàn)。

與光學(xué)或磁技術(shù)相比,它為設(shè)計師提供了可靠、精確和靈活的解決方案。

此外,電容式編碼器增加了可編程性和診斷功能,這是一種數(shù)字功能,使其更適合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

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