带正反向脉冲的增量式编码器
增量型编码器常见的输出类型有以下几种:集电极开路输出、发射极开路输出、推挽式输出等。集电极开路输出、发射极开路输出是最基本的输出方式,而推挽式输出则组合了NPN和PNP的输出方式,提高了脉冲的上升沿,同时抗干扰能力也增强,一般作为集电极开路输出的替代方式。
编码器的输出形式
一般来说,集电极开路和发射极开路输出的是TTL电平,电压等级是是5V;推挽式输出是HTL电平电压等级是10-30V。TTL含义是:晶体管-晶体管逻辑(transistor-transistorlogic);HTL含义是:高压晶体管逻辑(high-transistor logic)
? 绝对值旋转编码器:绝对值编码器不产生脉冲,他是直接输出数字量的传感器。在
它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道,每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成,码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数,在码盘的一侧是光源,另一侧对应每一码道有一光敏元件;当码盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器,在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。码道越多,分辨率就越高。
从功能上看,绝对值编码器又分为单圈的绝对值编码器和多圈的绝对值编码器器。单圈绝对值编码器只反映一圈之内的计数值,他把一圈360度等分成最多65536(16位)个测量步,当编码器转过一圈之后相同的测量步会重复出现,因此这种编码器无法判定编码器走了多少圈。多圈绝对值编码器在单圈的基础上配了一个齿轮,这个齿轮最多可以检测16384(14位)个圈数,因此多圈编码器在单圈最多16位的分辨率上,又可以最多增加14位的分辨率,最多可以实现1073741824个位置的分辨率。
因为绝对值编码器输出的是数字信号,所以会有不同的编码形式表示当前位置,一般常用的有二进制的编码和格雷码的编码,这两种的编码示意图如下图所示:二进制编码是多步码,他的优点是可以和十进制直接转换,缺点是安全性比较低,相邻编码会发生多个码跳变。格雷码是单步码,每两个相邻的编码之间只有一个码发生变化,所以这种编码的安全性比较高,缺点是不能和十进制直接转换,需要解码。解码的方法如下:从左边第二位起,将每位与左边一位解码后的值异或,作为该位解码后的值(最左边一位依然不变).
二进制编码
格雷码编码
绝对值编码器输出常见的信号输出类型主要有以下几种:并行接口,这种方式最直接,每一位数据对应一位输出,直接从码盘上读取,其特点就是传输速率比较快,缺点是接线比较多;SSI接口,既同步串行接口,控制设备发送一串脉冲链,绝对值编码器响应相应的位置数据;以上两种是最常见的方式,另外还有一些工业总线方式的接口的编码器,例如:AS-I接口、CAN总线接口、PROFIBUS接口、DEVICENET接口等类型的编码器,属于比较高级的编码器接口,一般用的不多,成本也很高。
SSI接口的编码器电路示意图
SSI接口的编码器信号变换示意图
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Sincos旋转编码器:从实现原理来看,Sincos旋转编码器其实是一个旋转变压器,其内部结构采用一相定子绕组输入和两相绕组输出的结构方式,它所配比的R/D(旋转变压器/数字转换器)是检测转子两个绕组输出电压振幅比,以此计算旋转变压器转子角位置。从信号输出的角度来看,他所输出波形和正交增量型编码器类似,只不过输出的不是方波,而是正弦波(余弦波),A相和B相之间同样有90度的相位差,相位差的正负反应编码器的旋转方向。
Sincos编码器的波形图
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混合式旋转编码器:除了上述型号,编码器还有一种伺服电机专用的混合式的编码器,它是在增量式或者绝对值式的编码器基础上,加装了用于检测AC伺服电动机UVW磁极位置的编码器,由于检测磁极位置实际上是一个绝对式编码器,所以这种编码器称之为混合式。UVW磁极位置输出的3路信号之间的相位差为120度。一般常见的有带UVW反馈信号的正交增量式编码器,带UVW反馈信号的频率及方向控制的增量式编码器,带正反向脉冲的增量式编码器还有带UVW反馈信号的SSI绝对值编码器。下图是CT变频器中带RST反馈信号的编码器波形图(注意RST和UVW的含义是相同的)。
RST信号的输出波形图
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厂家专有技术的旋转编码器:目前市面上有一些厂家推出属于自身规范的编码器。主要有海德汉公司的EnDat编码器和施克德公司的HIperface编码器。EnDat编码器数据接口是用于编码器的双向数字接口。可以传输绝对式编码器的位置值也可以传输增量式编码器的位置值,还能传输或更新保存在编码器中的信息或保存新信息。由于采用串行数据传输方式,它只需要四条信号线。数据传输保持与后续电子设备的时钟信号同步。传输的数据类型(位置值、参数或诊断信息等)可用后续电子设备发至编码器的模式指令选择。EnDat属于海德汉的专有技术,目前未见向其它同行开放授权,但是用户可以随意使用,而且有软核支持,价格很低。HyperFace是通过RS485通讯在初始时刻读取绝对位置数据,然后再通过对SIN/COS信号的细分获取增量数据,其通讯数率并不高,在CT伺服电机中比较常用。下图是HyperFace SincosEK52的接线示意图和波形图