旋轉(zhuǎn)式編碼器

1、數(shù)字式傳感器具有下列特點(diǎn)：具有高的測量精度和分辨率，測量范圍大；抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制；便于動(dòng)態(tài)及多路測量，讀數(shù)直觀；安裝方便，維護(hù)簡單，工作可靠性高。編碼器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被廣泛用于各種位移測量。編碼器按結(jié)構(gòu)形式有直線式編碼器和旋轉(zhuǎn)式編碼器之分。一.基本結(jié)構(gòu)與原理旋轉(zhuǎn)式編碼器有兩種增量編碼器和絕對(duì)編碼器。嚴(yán)格地說，絕對(duì)編碼器才是真正的直接數(shù)字式傳感器，它不需要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，更不需要計(jì)數(shù)系統(tǒng)。它在任意位置都可給出與位置相對(duì)應(yīng)的固定數(shù)字碼輸出。圖10.1 接觸式編碼器示意圖通常編碼器的編碼盤與旋轉(zhuǎn)軸相固聯(lián)，沿碼盤的徑向固定數(shù)個(gè)敏感元件(這里是電刷)。每個(gè)

2、電刷分別與碼盤上的對(duì)應(yīng)碼道直接接觸，圖10-19所示為一個(gè)4位二進(jìn)制編碼器的碼盤示意圖。它是在一個(gè)絕緣的基體上制有若干金屬區(qū)(圖中涂黑部分)。全部金屬區(qū)連在一起構(gòu)成導(dǎo)電區(qū)域，并通過一個(gè)固定電刷(圖上未示出)供電激勵(lì)。固定電刷壓在與旋轉(zhuǎn)軸固聯(lián)的導(dǎo)電環(huán)上。所以，無論轉(zhuǎn)軸處于何位置，都有激勵(lì)電壓加在導(dǎo)電區(qū)域上。當(dāng)碼盤與軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，四個(gè)電刷分別輸出信號(hào)。若某個(gè)電刷與碼盤導(dǎo)電區(qū)接觸，該電刷便被接到激勵(lì)電源上，輸出邏輯“1”電平。若某電刷與絕緣區(qū)相接觸，則輸出邏輯“0”電平。在各轉(zhuǎn)角位置上，都能輸出一個(gè)與轉(zhuǎn)角位置相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼。轉(zhuǎn)角位置與輸出編碼如下表所示：表10-1 二進(jìn)制碼、十進(jìn)制碼與格雷碼對(duì)照

3、表 角    度電 刷 位 置二 進(jìn) 制 碼十 進(jìn) 制 碼格  雷  碼0a0000000001b0001100012c0010200113d0011300104e0100401105f0101501116g0110601017h0111701008i1000811009j10019110110k101010111111l101111111012m110012101013n110113101114o111014100115p1111451000絕對(duì)編碼器二進(jìn)制輸出的每一位都必須有一個(gè)獨(dú)立的碼道。一個(gè)編碼器的碼道數(shù)目決定了該編碼器的分辨力。一個(gè)n

4、位的碼盤，它的分辨角度為=360°/2n顯然，n越大，能分辨的角度就越小，測量角位移也就越精確。為了得到高的分辨力和精度，就要增大碼盤的尺寸，以容納更多的碼道。編碼器的精度取決于碼盤本身的精度、碼盤與旋轉(zhuǎn)軸線的不同心度和不垂直度誤差。接觸式編碼器最大的缺點(diǎn)在于電刷與碼盤的直接接觸，接觸摩損會(huì)影響其壽命，降低可靠性。因此不適宜在轉(zhuǎn)速較高或具有振動(dòng)的環(huán)境中使用。從圖中可見，當(dāng)電刷從位置7轉(zhuǎn)到8時(shí)，四個(gè)電刷中有三個(gè)電刷從導(dǎo)電區(qū)移至絕緣區(qū)，另一個(gè)電刷則相反變化，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制輸出從0111變成1000。四個(gè)電刷只有同時(shí)改變接觸狀態(tài)(即同步)才能得到正確的輸出碼變化。若其中某一個(gè)電刷與其它三個(gè)電刷不同步，例如，第3碼道上的電刷B2先離開導(dǎo)電區(qū)，則輸出碼先變0101，然后再變?yōu)?000。顯然出現(xiàn)0101是錯(cuò)誤的，但即使使