三種類型
Hengstler編碼器的工作原理以及優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分析
Hengstler編碼器在運(yùn)動控制產(chǎn)品中比較常見,旋轉(zhuǎn)編碼器是運(yùn)動控制反饋回路的主要組件,包括工業(yè)自動化設(shè)備和過程控制、機(jī)器人工程、醫(yī)療器械、能源、航空航天等。
亨士樂編碼器作為將機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備,向工程師提供位置、速度、距離、方向等重要數(shù)據(jù),優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。
光學(xué)、磁性和電容式是工程師可以使用的三種主要編碼器技術(shù)。但是,在選擇最合適類型的編碼器時,有幾個因素需要考慮。
西安德伍拓技術(shù)人員為大家概述了三種編碼器技術(shù):光電、磁性和電容,并介紹了每種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)供大家參考。
光電編碼器的工作原理
光電編碼器是運(yùn)動控制應(yīng)用市場多年來的熱門選擇。它由配置在編碼器盤兩側(cè)的LED光源(通常為紅外線光源)和光電探測器組成。
光盤由塑料或玻璃制成,配有一系列不透明的透光線或狹縫。磁盤旋轉(zhuǎn)時,指示燈的光路會被磁盤上有間隔的線或狹縫阻塞,產(chǎn)生兩個典型的正交A和B方波脈沖,它們可用于確定樹的旋轉(zhuǎn)和速度。
圖1:包括索引脈沖的光電編碼器的常規(guī)A和B正交脈沖(圖像源CUI設(shè)備)
光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
光電編碼器被廣泛使用,但它有一些缺點(diǎn)。在工業(yè)應(yīng)用程序等有灰塵和污垢的環(huán)境中,污染物可能會堆積在編碼器盤上,妨礙LED光向光學(xué)傳感器的透過。
光電編碼器的可靠性和準(zhǔn)確性可能會極大地受到污染的碼盤的影響,這可能會導(dǎo)致方波的不連續(xù)或完全損失。
LED壽命有限,最終會燃盡,編碼器故障。此外,玻璃或塑料編碼器容易受到振動和極端溫度的損傷,限制了在嚴(yán)酷環(huán)境中應(yīng)用程序中光電編碼器的范圍。把它們組裝成發(fā)動機(jī)需要很長時間,污染的風(fēng)險會變高。
最后,如果光電編碼器的分辨率較高,則會消耗100mA或更高的分辨率,從而進(jìn)一步限制其在移動或電池驅(qū)動設(shè)備上的使用。
磁性編碼器的工作原理
磁性編碼器的結(jié)構(gòu)與光電編碼器相似,但使用磁場代替光束。磁性編碼器將帶槽光電編碼器替換為在霍爾效應(yīng)或磁阻傳感器陣列上旋轉(zhuǎn)的間隔極磁性編碼器。
編碼器輪子旋轉(zhuǎn)時,這些傳感器會發(fā)生反應(yīng),結(jié)果信號會傳遞給前端的信號調(diào)整電路,以確定軸的位置。
磁性編碼器的優(yōu)點(diǎn)
與光電編碼器相比,磁性編碼器具有耐久性、振動、耐沖擊性高的優(yōu)點(diǎn)。而且,光電編碼器的性能在灰塵、污垢、油等污染物的存在下會受到很大損失,但磁性編碼器不會受到影響,因此最適合在嚴(yán)酷環(huán)境中應(yīng)用。
磁性編碼器的缺點(diǎn)
來自電機(jī)(特別是步進(jìn)電機(jī))的電磁干擾可能會對磁編碼器產(chǎn)生很大影響,溫度變化也可能引起位置漂移。
而且,磁性編碼器的分辨率和精度比較低,在這一點(diǎn)上不如光學(xué)式和電容式編碼器好。
電容式編碼器的工作原理
電容式編碼器主要由轉(zhuǎn)子、固定發(fā)射機(jī)和固定接收機(jī)三部分組成。電容傳感使用線條或圖案形成可變電容器,所述線條或圖案在固定元件上有一個極,在可動元件上有另一個極,構(gòu)成接收機(jī)/發(fā)射機(jī)對。
轉(zhuǎn)子被正弦波蝕刻,生成馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)時特別且可預(yù)測的信號。然后,該信號通過編碼器的板載ASIC進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以計算軸旋轉(zhuǎn)的位置和方向。
圖2:編碼器撥號盤的比較(圖像信用:CUI設(shè)備)
電容式編碼器的優(yōu)點(diǎn)
電容式編碼器的原理與數(shù)字游標(biāo)卡尺相同,因此它提供了一種解決方案來克服光學(xué)和磁性編碼器的許多缺點(diǎn)。
基于CUI設(shè)備的AMT編碼器系列功能的此技術(shù)被證明是非??煽亢途_的。
不需要LED或視線,電容式編碼器即使有可能危害光電編碼器的灰塵、污垢、油等環(huán)境污染物,也能按照預(yù)期發(fā)揮作用。
并且,比光學(xué)式編碼器使用的玻璃盤更不容易受到振動和極端的高溫/低溫的影響。
如前所述,電容式編碼器不受LED燒損的困擾,因此壽命有比光學(xué)式編碼器更長的傾向。
其結(jié)果是,電容式編碼器的封裝尺寸較小,僅在6至18mA的分辨率范圍內(nèi)消耗電流較少,因此更適合電池驅(qū)動的應(yīng)用。
考慮到電容技術(shù)與磁性編碼器相比的穩(wěn)健性、精度和分辨率,磁性編碼器暴露于電磁干擾和電噪聲不會受到后者的太大影響。
此外,電容式編碼器的數(shù)字性在靈活性和可編程性方面提供了重要優(yōu)點(diǎn)。由于光學(xué)或磁性編碼器的分辨率由編碼器控制盤確定,因此如果需要其他分辨率,每次都會使用新的編碼器來增加設(shè)計和開發(fā)過程的時間和成本。制造。
電容式編碼器的缺點(diǎn)
但是,電容式編碼器有各種可編程分辨率,每次需要新的分辨率時,設(shè)計者都不需要更換編碼器,因此不僅減少了庫存,還簡化了PID控制環(huán)路的微調(diào)和系統(tǒng)的優(yōu)化。
關(guān)于BLDC馬達(dá)的整流,通過電容式編碼器,可以進(jìn)行數(shù)字對準(zhǔn)和索引脈沖的調(diào)整。這是光電編碼器反復(fù)進(jìn)行的耗時作業(yè)。
內(nèi)置診斷允許設(shè)計者額外訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)以優(yōu)化系統(tǒng)或現(xiàn)場故障排除。
圖3:電容性、光學(xué)、磁性技術(shù)的主要業(yè)績評價指標(biāo)的比較(圖像源:CUI設(shè)備)
實際應(yīng)用中如何選擇編碼器的類型?
在許多運(yùn)動控制應(yīng)用中,溫度、振動和環(huán)境污染物是Hengstler編碼器必須克服的關(guān)鍵問題。我們發(fā)現(xiàn)電容式編碼器可以克服這些挑戰(zhàn)。
與光學(xué)或磁性技術(shù)相比,它為設(shè)計人員提供了可靠、準(zhǔn)確、靈活的解決方案。
此外,電容式編碼器還為可編程性和診斷功能、最新的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)應(yīng)用程序添加了更好的數(shù)字功能。
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