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    從增量式編碼器到絕對式編碼器
    作者:艾迪科電子編碼器

    增量值旋轉編碼器,也叫圓光柵、脈沖碼盤,從這些名稱可以知道,它是圓形的光柵刻線碼盤,旋轉后通過光通量的明暗變化,產生脈沖,通過外部設備的計數脈沖,來增量地加(或減)脈沖數而測得旋轉的角度。例如,圓光柵每周刻有360條刻線,每個刻線產生的一個脈沖就相當于1度,測得脈沖累計增加30個,就是正向選轉了30度。

    增量型編碼器碼盤示意圖:


    實際上讀取這些刻線的光眼有兩個(或有四個),兩個光眼各自輸出A相于B相,用以判斷刻線是從哪個方向過來的,是A提前于B,還是B提前于A,就像人的左右眼,從而知道編碼器的旋轉方向,這樣,判斷脈沖的計數是增還是減,從而獲得真實的旋轉角度。


    在實際使用中,A相與B相的位置相差1/4個脈沖周期,這樣,從正方向過來是1/4周期差,而從反方向過來就是3/4,可用于判斷旋轉方向。如果以一個脈沖周期為360度“相位”角,這樣的1/4就是90度相位差,而3/4就是270度相位差。另外,旋轉編碼器每圈還有一個單獨的刻線,相當于零位(Zero),也稱為Z相,用于讀取每周的起始點。

     

    這些圓光柵碼盤,最早是由圓金屬片刻蝕獲得,而金屬刻蝕精度有限,轉而用玻璃鍍膜刻蝕,玻璃碼盤的精度是最高的,但易碎。對于一些經濟型的編碼器,也有用塑料菲林做的,近期有新技術用樹脂材料,與玻璃碼盤一樣的加工工藝,可在較高精度與穩定性的情況下,而相比玻璃碼盤不易損壞,這可能是大工業批量化生產的趨勢。


    旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖,通過計數設備來知道其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣,當停電后,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計數設備記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的生產結果出現后才能知道。實際上,工業控制由于使用的設備越來越多,干擾信號越來越多而且越來越復雜,對于增量信號更多的是干擾信號對于脈沖的多計與漏計無從判斷,造成累計誤差。


    解決的方法是增加外部參考點,編碼器每經過參考點,將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前,是不能保證位置的準確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。


    這樣的方法對有些工控項目比較麻煩,甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置),有些是連續工作而不允許經常去找零的,于是就有了絕對值編碼器的出現。


    絕對編碼器光碼盤上有許多道由里至外的刻線碼道,每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。。。。。。編排,這樣,在編碼器的每一個位置,通過n個光眼讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方變化的唯一的2進制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的,每個位置的編碼是唯一、絕對的,所以稱為絕對值編碼器。它不受停電、干擾的影響。

     


    絕對值編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數,什么時候需要知道位置,什么時候就可以去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。


    從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器


    旋轉單圈絕對值編碼器,以轉動中測量光碼盤各碼道刻線,以獲取唯一的一組編碼,當轉動超過360度時,編碼又回到原點,這樣就不符合絕對編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量,稱為單圈絕對式編碼器。


    如果要測量旋轉超過360度范圍,就要用到多圈絕對式編碼器。

    早先的多圈計算,是每轉超過360度,在計數器內增加一個圈數計數(計圈的方法類似于增量編碼器),但這種方法在編碼器如停在360度附近

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