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位移传感器之编码器式位置传感器

2017-06-01

旋转编码器

旋转编码器是另一种类型的位置传感器,其类似于前面提到的电位计,但是是用于将旋转轴的角位置转换成模拟或数字数据代码的非接触式光学装置。换句话说,它们将机械运动转换成电信号(最好是数字信号)。

所有光学编码器都基于相同的基本原理。来自LED或红外光源的光通过旋转的高分辨率编码磁盘,该磁盘包含所需的代码模式,二进制,格雷码或BCD。光电探测器在旋转时扫描光盘,电子电路将信息处理成数字形式,作为二进制输出脉冲流,馈送到计数器或控制器,确定轴的实际角位置。

有两种基本类型的旋转光学编码器,增量编码器绝对位置编码器

增量编码器

optical-disk.jpg

 

编码器磁盘

增量编码器,也称为正交编码器或相对旋转编码器,是两个位置传感器中最简单的。它们的输出是由作为编码盘的光电池装置产生的一系列方波脉冲,在其表面上具有均匀间隔的透明和暗线(称为段),移动或旋转经过光源。编码器产生方波脉冲流,当计数时,表示旋转轴的角位置。

增量编码器有两个独立的输出,称为“正交输出”。这两个输出在90移位ö从输出序列来确定的轴的旋转方向的相位彼此。

盘上的透明和暗段或槽的数量决定了设备的分辨率,并且增加图案中的线数增加了每个旋转度的分辨率。典型的编码盘具有高达256个脉冲或每次旋转8位的分辨率。

最简单的增量编码器称为转速计。它具有单个方波输出,通常用于仅需要基本位置或速度信息的单向应用。的“正交”或“正弦波”编码器是更常见的,并且具有两个输出的方波通常被称为信道A信道B该装置使用两个光电探测器,彼此略微偏移90° 从而产生两个独立的正弦和余弦输出信号。

简单的增量编码器

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通过使用Arc Tangent数学函数,可以计算轴的弧度角度。通常,旋转位置编码器中使用的光盘是圆形的,然后输出的分辨率将给出为:θ= 360 / n,其中n等于编码盘上的段数。

然后,例如,为增量编码器提供1 o分辨率所需的段数将是:1 o  = 360 / n,因此,n = 360窗口等。此外,通过注意哪个通道产生的旋转方向来确定首先是输出,通道A或通道B给出两个旋转方向,A引出B或B引线A.这种布置如下所示。

增量编码器输出

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增量编码器用作位置传感器时的一个主要缺点是它们需要外部计数器来确定轴在给定旋转内的绝对角度。如果瞬间关闭电源,或者编码器由于噪音或脏盘而错过了脉冲,则产生的角度信息将产生错误。克服该缺点的一种方法是使用绝对位置编码器。

绝对位置编码器

绝对位置编码器比正交编码器更复杂。它们为每个旋转位置提供唯一的输出代码,指示位置和方向。它们的编码盘由多个同心的“轨迹”组成,包括明暗段。每个轨道与其自己的光电探测器独立,以同时读取每个移动角度的唯一编码位置值。磁盘上的磁道数对应于编码器的二进制“位”分辨率,因此12位绝对编码器将具有12个磁道,并且相同的编码值仅每转一次出现一次。

4位二进制编码盘

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绝对编码器的一个主要优点是其非易失性存储器,其保持编码器的精确位置,而不需要在电源故障时返回到“原位”位置。大多数旋转编码器被定义为“单匝”设备,但是可以使用绝对多匝设备,通过添加额外的代码盘获得多次旋转的反馈。

绝对位置编码器的典型应用是在计算机硬盘驱动器中,CD / DVD驱动器是驱动器读/写头的绝对位置,或者在打印机/绘图仪中,以便将打印头准确地定位在纸上。

 

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