编码器是将旋转或直线运动转换为电信号的反馈元件。它向控制系统提供“我此刻在哪里”的信息。位置控制、速度测量、长度计数与同步应用全都基于这一信息。
闭环控制的基本逻辑很简单：将目标值与实际值进行比较，修正两者之间的差值。编码器正是这个方程中“实际值”的来源。
工作原理
光电编码器：一个带有刻线图案的码盘在光源与接收器之间旋转。随着穿过码盘的光被遮断与透过，产生脉冲。它可提供高分辨率；但相对而言对灰尘、油污与振动更敏感。
磁性编码器：使用带磁极的码盘与磁场传感器。对于脏污、潮湿与振动环境更耐受；其分辨率通常低于光电类型。
电感式与电容式类型：在严苛环境中耐久性突出时予以考虑。
Resolver（旋转变压器）：严格来说它并非编码器，而是基于变压器原理工作。其电子部分简单且非常耐用；在高温与剧烈振动环境中受青睐。分辨率取决于评估电路的能力。
增量式（incremental）编码器
增量式编码器不知道绝对位置；它仅随着运动产生脉冲。控制器通过对这些脉冲计数来跟踪位置。
典型输出：
- A 与 B 通道：彼此相差 90° 相位（正交）。借助这一
- Z（参考 / index）通道：每转一个脉冲。用于
- 反相通道（A/、B/、Z/）：用于抗噪的差分
相位差可判定方向。
参考归位。
传输。
借助正交计数，分辨率可以倍增：当每次通道跳变都被计数时，可获得每转脉冲数四倍的分辨率（x4 评估）。
基本局限：断电时位置信息丢失。系统在每次上电时都必须进行参考归位（homing）。此外，因噪声而漏掉的一个脉冲会造成永久性的位置误差。
输出信号类型（增量式）
Push-pull（HTL）：通常工作在 24 V 电平。在工业环境中对噪声相对耐受，中等距离下广泛使用。
RS-422 / 差分（TTL）：信号以通道与反相通道成对发送。在长电缆距离与高频率下是最可靠的选择。
Open collector（开集电极）：简单且低成本；适用于短距离与低频率。
输出类型必须与对方的输入类型相匹配。这种不匹配是现场常见的调试问题。
分辨率应为多少
分辨率是从应用所要求的位置精度反推得出的。例如，如果直线轴上期望的位置步距已确定，则可通过机构的传动比得出每转所需的脉冲数。通行的做法是选择明显比目标精度更精细的分辨率；否则控制回路无法稳定地保持位置。
不必要地提高分辨率也是有代价的：在高转速下输出频率上升，可能超过控制器计数输入的频率上限。选型时应核对最高转速下的输出频率。
机械与安装
轴型式：空心轴（hollow shaft）类型直接套装在机器轴上，无需额外联轴器。实心轴（solid shaft）类型通过挠性联轴器连接；联轴器通过容许轴的偏差来保护编码器轴承。
轴偏差与振动：刚性连接会在短时间内损坏编码器轴承。使用挠性联轴器与正确的力矩扳手可延长寿命。
防护等级：在进行冲洗的环境、切削加工以及户外环境中，IP 等级具有决定性作用。
工作温度与耐振动性：在炉子出口、压机与起重机等应用中，应核对样本数据值。
选型检查清单
- [ ] 增量式还是绝对式——参考归位是否可接受？
- [ ] 是否需要多圈？
- [ ] 是否已计算所需分辨率？
- [ ] 最高转速下的输出频率是否低于控制器上限？
- [ ] 输出类型是否与对方的输入兼容？
- [ ] 是否已确定轴型式与安装方式？
- [ ] IP 等级、温度与耐振动性是否适合环境？
- [ ] 是否已规划电缆类型、长度与屏蔽接地？
相关产品系列：编码器、伺服电机、伺服驱动器、伺服电缆、传感器、PLC
Leave a Reply