磁感柔性編碼器

1、信息采集技術(shù) 磁感柔性編碼器磁感柔性編碼器 （格雷母線）（格雷母線） 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設備的磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設備的 位移量，主要由四部分構(gòu)成，刻度標尺、指針天位移量，主要由四部分構(gòu)成，刻度標尺、指針天 線、編碼器和解碼器構(gòu)成，實現(xiàn)的功能是位置檢測，線、編碼器和解碼器構(gòu)成，實現(xiàn)的功能是位置檢測， 即位移傳感器，由此產(chǎn)品可以構(gòu)成許多工程應用，如：即位移傳感器，由此產(chǎn)品可以構(gòu)成許多工程應用，如： 卸料車定位系統(tǒng)、可逆皮帶輸送機定位系統(tǒng)、行車定卸料車定位系統(tǒng)、可逆皮帶輸送機定位系統(tǒng)、行車定 位系統(tǒng)、斗輪堆取料機定位系統(tǒng)、焦爐

2、機車定位聯(lián)鎖位系統(tǒng)、斗輪堆取料機定位系統(tǒng)、焦爐機車定位聯(lián)鎖 系統(tǒng)、料倉布料遠程智能控制系統(tǒng)、系統(tǒng)、料倉布料遠程智能控制系統(tǒng)、 多移動設備同步控制系統(tǒng)、環(huán)形機械多多移動設備同步控制系統(tǒng)、環(huán)形機械多 冗余定位系統(tǒng)、碼頭卸貨纜車控制系統(tǒng)冗余定位系統(tǒng)、碼頭卸貨纜車控制系統(tǒng) 等。等。 電子信息工程系 一、磁感柔性編碼器概述一、磁感柔性編碼器概述 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 天車定位系統(tǒng)天車定位系統(tǒng) 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 天車定位系統(tǒng)天車定位系統(tǒng) 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 焦爐機車定位聯(lián)鎖系統(tǒng)焦爐機車定位聯(lián)鎖系統(tǒng) 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 澆鑄定位聯(lián)鎖系統(tǒng)澆鑄定位聯(lián)鎖系統(tǒng) 信息采集技術(shù)

3、電子信息工程系 斗輪堆取料機定位系統(tǒng)斗輪堆取料機定位系統(tǒng) 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 料倉布料遠程智能控制系統(tǒng)料倉布料遠程智能控制系統(tǒng) 信息采集技術(shù) 磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設 備的位移量，主要由四部分構(gòu)成，刻度標尺、指針天備的位移量，主要由四部分構(gòu)成，刻度標尺、指針天 線、編碼器和解碼器，其中刻度標尺是由扁平狀的柔線、編碼器和解碼器，其中刻度標尺是由扁平狀的柔 性橡膠外殼材料和內(nèi)部按照格雷碼規(guī)律編制的芯線構(gòu)性橡膠外殼材料和內(nèi)部按照格雷碼規(guī)律編制的芯線構(gòu) 成，類似一把有刻度的標尺，一般安裝在軌道邊的磨成，類似一把有刻度的標尺，一般安裝

4、在軌道邊的磨 電道第四軌下，或者沿軌道鋪設在地面上，亦或者安電道第四軌下，或者沿軌道鋪設在地面上，亦或者安 裝在軌道旁的柵欄上均可，需要檢測多長的位移量就裝在軌道旁的柵欄上均可，需要檢測多長的位移量就 鋪設多長的刻度標尺；指針天線安裝在機車（移動設鋪設多長的刻度標尺；指針天線安裝在機車（移動設 備）上。備）上。 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 用于識別本機車所在距離刻度（位置）。指針天線相用于識別本機車所在距離刻度（位置）。指針天線相 對刻度標尺對刻度標尺平行非接觸移動平行非接觸移動，指針天線指向的刻度即，指針天線指向的刻度即 是當前位置值，可以在車上或地上得到位移量，無需是當前位置值，可以在車

5、上或地上得到位移量，無需 初始參考點，定位精度初始參考點，定位精度10 10 毫米，可以斷續(xù)或連續(xù)檢毫米，可以斷續(xù)或連續(xù)檢 測，尤其適用于軌道不平整的大車或環(huán)形運動機械位測，尤其適用于軌道不平整的大車或環(huán)形運動機械位 移檢測。一條刻度標尺可以供多臺移動設備使用，而移檢測。一條刻度標尺可以供多臺移動設備使用，而 且長度可依工程需要而定，多根刻度標尺可拼接。且長度可依工程需要而定，多根刻度標尺可拼接。 防水、防油、防塵、耐酸堿，理論上防水、防油、防塵、耐酸堿，理論上 無壽命極限，可以用在冶金、水利、無壽命極限，可以用在冶金、水利、 港口碼頭堆場、有色金屬、石化等條件港口碼頭堆場、有色金屬、石化等條

6、件 比較惡劣的環(huán)境。比較惡劣的環(huán)境。 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 二、特點二、特點 無磨損的非接觸式位置檢測，使用壽命長。無磨損的非接觸式位置檢測，使用壽命長。 可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，測距長達可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，測距長達2 2 公里，位移檢公里，位移檢 測長度可以根據(jù)需要定制。測長度可以根據(jù)需要定制。 耐污染能力超強，可用在水下、防油塵蒸汽、耐耐污染能力超強，可用在水下、防油塵蒸汽、耐 酸堿。酸堿。 安裝簡單更換方便（無需改變現(xiàn)場環(huán)境），安裝簡單更換方便（無需改變現(xiàn)場環(huán)境）， 免維護。免維護。 高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號輸高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號輸 出方式選擇。出方式選擇。 電子信息工程

7、系 信息采集技術(shù) 二、特點二、特點 具有反向極性保護功能、防雷擊、防射頻干擾、具有反向極性保護功能、防雷擊、防射頻干擾、 防靜電。防靜電。 無需參考點的位移量絕對型輸出，不怕掉電。無需參考點的位移量絕對型輸出，不怕掉電。 位置的取樣時間和測量長度沒有關(guān)系。位置的取樣時間和測量長度沒有關(guān)系。 可以用在環(huán)形運動機械位置檢測。可以用在環(huán)形運動機械位置檢測。 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 三、應用三、應用 主要用于散狀物料處理、礦山系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、主要用于散狀物料處理、礦山系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、 礦石處理、裝載系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)以及港口設備系統(tǒng)中礦石處理、裝載系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)以及港口設備系統(tǒng)中 有軌機車精確定位和

8、自動控制，如：港口料場堆取料有軌機車精確定位和自動控制，如：港口料場堆取料 設備定位裝卸和集中監(jiān)控；廠區(qū)料場、燒結(jié)廠、耐火設備定位裝卸和集中監(jiān)控；廠區(qū)料場、燒結(jié)廠、耐火 廠卸料機車的精確定位裝卸和集中監(jiān)控；焦化廠配料廠卸料機車的精確定位裝卸和集中監(jiān)控；焦化廠配料 盤、翻車機、葉輪給煤機的定位聯(lián)鎖，鋼廠盤、翻車機、葉輪給煤機的定位聯(lián)鎖，鋼廠 板坯庫鋼卷庫天車定位；其它有軌移動設備板坯庫鋼卷庫天車定位；其它有軌移動設備 的精確定位和集中監(jiān)控。的精確定位和集中監(jiān)控。 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 四、磁感柔性編碼器技術(shù)原理四

9、、磁感柔性編碼器技術(shù)原理 磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設磁感柔性編碼器采用電磁感應原理來檢測移動設 備的位移量，當指針天線線圈中通入交變電流時，在備的位移量，當指針天線線圈中通入交變電流時，在 指針天線附近會產(chǎn)生交變磁場?？潭葮顺呓铺幵谝恢羔樚炀€附近會產(chǎn)生交變磁場?？潭葮顺呓铺幵谝?個交變的、均勻分布的磁場中個交變的、均勻分布的磁場中, ,每對刻度標尺芯線會每對刻度標尺芯線會 產(chǎn)生感應電動勢。產(chǎn)生感應電動勢。 編碼器信號通過電磁耦合方式傳送到編碼器信號通過電磁耦合方式傳送到 刻度標尺的感應環(huán)線上。解碼器對接收到刻度標尺的感應環(huán)線上。解碼器對接收到 的信號進行相位比較。交叉線的信

10、號相位的信號進行相位比較。交叉線的信號相位 與平行線的信號相位相同，地址為與平行線的信號相位相同，地址為“0”0”； 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為 “1”1”，這樣感應的地址信息是格雷碼排列，這樣感應的地址信息是格雷碼排列, ,永不重復，永不重復， 由此確定指針天線在刻度標尺長度方向上的位置。由此確定指針天線在刻度標尺長度方向上的位置。 格雷碼格雷碼（又叫循環(huán)二進制碼或反射二進制碼）介紹：（又叫循環(huán)二進制碼或反射二進制碼）介紹： 在數(shù)字系統(tǒng)中只能識別在數(shù)字系統(tǒng)中只能識別0 0 和和1 1，各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)

11、換為二，各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二 進制代碼才能進行處理，格雷碼是一種無權(quán)碼，采用進制代碼才能進行處理，格雷碼是一種無權(quán)碼，采用 絕對編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循絕對編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循 環(huán)特性的單步自補碼，它的循環(huán)、單步特環(huán)特性的單步自補碼，它的循環(huán)、單步特 性消除了隨機取數(shù)時出現(xiàn)重大誤差的可能，性消除了隨機取數(shù)時出現(xiàn)重大誤差的可能， 它的反射、自補特性使得求反非常方便。它的反射、自補特性使得求反非常方便。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯誤最小化的編碼方格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯誤最小化的編碼方 式，因為，自然二進制碼可以直接由數(shù)

12、式，因為，自然二進制碼可以直接由數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成模擬信號，但某些情況，例如從十進制的換成模擬信號，但某些情況，例如從十進制的3 3 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 成成4 4 時二進制碼的每一位都要變，使數(shù)字電路產(chǎn)生很時二進制碼的每一位都要變，使數(shù)字電路產(chǎn)生很 大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點，它是大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點，它是 一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù) 字表示中只有一個數(shù)字不同。字表示中只有一個數(shù)字不同。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 地址檢測中應用的一種關(guān)鍵部件就是扁平外形的格雷地址檢測中應用的一種關(guān)鍵

13、部件就是扁平外形的格雷 母線。在實際應用中利用固定在移動機車上的天線箱母線。在實際應用中利用固定在移動機車上的天線箱 沿著扁平格雷母線方向移動，從格雷母線始端通過比沿著扁平格雷母線方向移動，從格雷母線始端通過比 較格雷母線內(nèi)部各對地址芯線與基準芯線的相位，可較格雷母線內(nèi)部各對地址芯線與基準芯線的相位，可 以得到天線箱所在位置的一組二進制碼，通過對格雷以得到天線箱所在位置的一組二進制碼，通過對格雷 母線芯線的編制可以達到該二進制碼按格雷順序永不母線芯線的編制可以達到該二進制碼按格雷順序永不 重復排列下去，從而形成所謂的格雷地址重復排列下去，從而形成所謂的格雷地址 碼，再經(jīng)過單片機及程序計算處理，

14、就可碼，再經(jīng)過單片機及程序計算處理，就可 以得到天線箱的絕對地址。以得到天線箱的絕對地址。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 它在任意兩個相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時，只有一個數(shù)位發(fā)它在任意兩個相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時，只有一個數(shù)位發(fā) 生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時 邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個 數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 十進制數(shù)自然二進制數(shù)格雷碼 000000000 10001

15、0001 200100011 300110010 401000110 501010111 601100101 701110100 810001100 910011101 1010101111 1110111110 1211001010 1311011011 1411101001 1511111000 自然二進制碼與格雷碼的對照表：自然二進制碼與格雷碼的對照表： 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 磁感柔性編碼器位置檢測有兩種工作方式第一種：地磁感柔性編碼器位置檢測有兩種工作方式第一種：地 上檢測方式，地址編碼器和指針天線安裝在移動站，上檢測方式，地址編碼器和指針天線安裝在移動站， 通過指針天線發(fā)射地

16、址信號，地址解碼器安裝在固定通過指針天線發(fā)射地址信號，地址解碼器安裝在固定 站站( (地面地面) )上，在固定站完成地址檢測。上，在固定站完成地址檢測。 第二種：車上檢測方式，地址編碼器安裝在固定站第二種：車上檢測方式，地址編碼器安裝在固定站 ( (地面地面) )，通過刻度標尺芯線發(fā)射地址信號，指針天線、，通過刻度標尺芯線發(fā)射地址信號，指針天線、 地址解碼器安裝在移動站上，在移動站（車上）直接地址解碼器安裝在移動站上，在移動站（車上）直接 檢測到地址。檢測到地址。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 地上檢測方式與車上檢測方式的區(qū)別地上檢測方式與車上檢測方式的區(qū)別 這里的區(qū)別在于所選參照物不一樣，是

17、一個相對的概這里的區(qū)別在于所選參照物不一樣，是一個相對的概 念，我們在定義的時候是針對指針天線安裝在車上，念，我們在定義的時候是針對指針天線安裝在車上， 地址解碼器安裝在地上，在地上得到機車位置值即為地址解碼器安裝在地上，在地上得到機車位置值即為 地上檢測方式；如果地址解碼器安裝在車上，在車上地上檢測方式；如果地址解碼器安裝在車上，在車上 得到機車位置值即為車上檢測方式?？潭葮顺呖梢匝b得到機車位置值即為車上檢測方式。刻度標尺可以裝 在地上亦可以裝在車上，當指針天線和地址解碼器連在地上亦可以裝在車上，當指針天線和地址解碼器連 在一起的話即是車上檢測方式，當指針天在一起的話即是車上檢測方式，當指針

18、天 線和地址編碼器連在一起的話即是地上線和地址編碼器連在一起的話即是地上 檢測方式。檢測方式。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 地上檢測方式的特點：地上檢測方式的特點： 1) 1) 車上指針天線為地址信號車上指針天線為地址信號“發(fā)射天線發(fā)射天線”，地上刻，地上刻 度標尺芯線為地址信號度標尺芯線為地址信號“接收天線接收天線”。 2) 2) 地址解碼器在地上，在地上檢測機車的位置值。地址解碼器在地上，在地上檢測機車的位置值。 3) 3) 地址編碼器和地址解碼器是一一對應關(guān)系，一根地址編碼器和地址解碼器是一一對應關(guān)系，一根 刻度標尺最多可以供刻度標尺最多可以供4 4 臺車使用，分別采用臺車使用，分別采

19、用31KHZ31KHZ、 39 KHZ39 KHZ、46 KHZ46 KHZ、62 KHZ 62 KHZ 四種頻率。四種頻率。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 車上檢測方式：車上檢測方式： 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 車上檢測方式的特點：車上檢測方式的特點： 1) 1) 車上指針天線為地址信號車上指針天線為地址信號“接收天線接收天線”，地上刻，地上刻 度標尺芯線為地址信號度標尺芯線為地址信號“發(fā)射天線發(fā)射天線”。 2) 2) 地址解碼器在車上，在車上檢測機車的位置值。地址解碼器在車上，在車上檢測機車的位置值。 3) 3) 一臺地址編碼器可以對應一臺地址編碼器可以對應N N 臺解碼器，每臺地址臺

20、解碼器，每臺地址 解碼器的頻率可以一樣，檢測速度快。解碼器的頻率可以一樣，檢測速度快。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 車上檢測方式的特點：車上檢測方式的特點： 1) 1) 車上指針天線為地址信號車上指針天線為地址信號“接收天線接收天線”，地上刻，地上刻 度標尺芯線為地址信號度標尺芯線為地址信號“發(fā)射天線發(fā)射天線”。 2) 2) 地址解碼器在車上，在車上檢測機車的位置值。地址解碼器在車上，在車上檢測機車的位置值。 3) 3) 一臺地址編碼器可以對應一臺地址編碼器可以對應N N 臺解碼器，每臺地址臺解碼器，每臺地址 解碼器的頻率可以一樣，檢測速度快。解碼器的頻率可以一樣，檢測速度快。 信息采集技術(shù) 電子信息工程系 信息采集技術(shù) 電子