Encoder oversigt
En encoder er en elektromekanisk enhed monteret på en motoraksel, der sporer og tilbagefører motorens hastighed og position ved at udsende digitale impulser. Dets kernearbejdsprincip er som følger: Ved at tælle de impulser, der genereres af encoderen, kan systemet beregne forskydningen af motorens aktuelle position i forhold til den sidst kendte position og derved verificere, om motoren nøjagtigt har nået målpositionen.
En encoders grundlæggende struktur består af en lyskilde, en disk (kodeskive) med slidser indgraveret langs kanten og en lysmodtager. Når kodeskiven roterer sammen med motorakslen, hugger spalterne den kontinuerlige statiske lyskilde i en række blink. Lysmodtageren registrerer disse ændringer mellem lys og mørke og konverterer dem til digitale kvadratiske-impulssignaler, som derefter udsendes til hovedcontrolleren. Hvis koderens opløsning matcher motorens trinopløsning, vil koderen generere en tilsvarende impuls for hvert trin i motorbevægelsen.
I. Inkrementelle indkodere
1. Arbejdsprincip og udgangssignaler
En inkrementel encoder fungerer ved at generere en række impulser under bevægelse. Dens kodedisk har ensartet fordelte slots. Når akslen roterer, registrerer en fast fotoelektrisk pickup ændringerne i transmitteret lys og udsender en kontinuerlig pulssekvens. En standard inkrementel indkoder giver typisk to kvadratiske-bølgesignaler med en 90 graders faseforskel (Kanal A og Kanal B), kendt som "kvadratursignaler". Faseforholdet mellem disse to signaler bruges til nøjagtigt at bestemme rotationsretningen.
2. Relativiteten af positionsoplysninger og problemet med-sluk-tab
En inkrementel encoder udsenderrelativ forskydninginformation frem for absolut position. Efter at systemet er tændt, begynder koderen at tælle og udsende impulser, og en ekstern tæller eller controller akkumulerer disse impulser for at beregne den aktuelle position. Men når strømmen er tabt, stopper pulsudgangen, og hvis den eksternt lagrede tælleværdi ikke har backup strøm, vil den gå tabt. Efter at strømmen er genoprettet, kan encoderen ikke automatisk kende den aktuelle akselposition, og tælleværdien starter igen fra nul.
3. Nødvendigheden af målsøgning (tilbage til reference)
På grund af ovenstående karakteristika skal systemer, der anvender inkrementale indkodere, udføre en "hjemmands"-operation, hver gang de starter op eller genstarter efter et strømsvigt. Denne operation driver normalt motoren til at bevæge sig, indtil et foruddefineret fysisk referencepunkt udløses, såsom en grænseafbryder, en magnetisk kontakt eller Z--faseindeksimpulsen på indkoderskiven. Når dette punkt er fundet, nulstiller eller indstiller systemet positionstælleren til en kendt værdi, som derefter tjener som den absolutte reference for al efterfølgende bevægelse.
4. Fordele, ulemper og applikationer
Fordele:Relativt simpel struktur, lave omkostninger og høj pålidelighed.
Ulemper:Positionsoplysninger går tabt efter strømmen-sluk og afhænger af en målsøgning. anti-interferensevnen er relativt svag, og støjimpulser kan ved en fejl tælles ind i positionen.
Løsning:Til applikationer, der kræver positionsbevarelse efter strøm-slukning, kan et backupbatteri bruges til at levere strøm til tælleren eller lagerenheden.
II. Absolutte indkodere
1. Kerneprincip: Unik Absolut Position Encoding
Det grundlæggende kendetegn ved en absolut encoder er, at hver mekanisk position på dens kodedisk er tildelt enunik digital kode. Dette opnås normalt ved at fremstille flere koncentriske kodespor på disken (hvert spor repræsenterer en binær bit) og bruge flere uafhængige fotoelektriske sensorer. Derfor, selv når den er stationær eller slukket, svarer udgangssignalet direkte til akslens absolutte vinkelposition.
2. Positionsbevarelse efter strøm-slukket og øjeblikkelig tilgængelighed ved strøm-op
Da positionsoplysningerne er entydigt bestemt af kodediskens fysiske mønster, mister en absolut encoder ikke position efter strøm-slukning. Når systemet tændes igen, kan controlleren øjeblikkeligt læse den aktuelle absolutte positionskode uden at udføre nogen målsøgning, hvilket opnår "strøm-tændt og klar-til-brug", hvilket i høj grad forbedrer opstartseffektiviteten og -sikkerheden.
3. Enkelt-sving og multi-drejningstyper
Enkelt-drej absolut indkoderegiver en unik positionsværdi inden for én 360 graders rotation og er velegnet til applikationer, hvor vandringsområdet er mindre end én omdrejning.
Multi-drej absolutte indkoderegiver ikke kun en unik værdi inden for en omdrejning, men registrerer også antallet af omdrejninger gennem en intern gearkasse eller elektronisk tællemekanisme. De kan give en global absolut position over flere drejninger (f.eks. op til 4096 drejninger) og er velegnede til lang-rejsepositioneringsapplikationer.
4. Signaler og fordele
Output kode:Grå kode er almindeligt anvendt, hvor kun en bit skifter mellem tilstødende positioner, hvilket effektivt forhindrer læsefejl.
Anti-interferensevne:Positionen bestemmes af den øjeblikkelige læsning af kodediskmønsteret, så lejlighedsvise elektriske støjimpulser akkumuleres ikke, hvilket resulterer i stærk støjimmunitet.
Høj sikkerhed og fleksibilitet:Positionen kan verificeres med det samme ved tænding-og undgår risici forårsaget af at starte fra en ukendt position; ethvert punkt kan bruges som en programmerbar reference, hvilket gør systemdesignet mere fleksibelt.
III. Mekaniske absolutkoder (magnetisk type)
Dette er en ny type løsning til absolut positionsregistrering baseret på magnetiske registreringsprincipper, der kombinerer strøm-slukket hukommelse med høj miljøtolerance.
1. Princip for registrering af enkelt-svingposition
Dens kerne består af en speciel kompositmagnet monteret i midten af motorakslen (med bipolær magnetisering i midten og multipol magnetisering i periferien) og tilsvarende magnetoresistive sensorer. Sensoren aflæserretningaf det centrale magnetfelt for at opnå en grov absolut vinkel (for eksempel opløst til 180 grader), og detekterer samtidigfaseændringeraf det perifere magnetfelt med høj-densitet for at opnå vinkelunderinddeling i høj-opløsning. Ved at kombinere de to, kan den præcise enkelt-sving absolutte position beregnes.
2. Princip for registrering af flere-drejningspositioner
For at opnå multi-drejningsdetektion af absolut position introducerer systemet et præcisionsgear. Hovedgearet er monteret på motorakslen og efterfølges af en række reduktionsgear med specifikke tandforhold. Hvert gear er udstyret med sin egen magnet og sensor.
Arbejdsprincip:Når motorakslen roterer, roterer hvert tandhjul med forskellig hastighed. Magneterne på disse gear genererer en unik kombination affaseforskellerelateret til deres stillinger. Systemet detekterer den magnetiske fluxfase for hvert gear og kan ved at afkode dette sæt faseforskelle entydigt bestemme den absolutte mekaniske position af motorakslen over et område på op til flere tusinde omdrejninger.
Designfunktioner:Tandtandtællingerne er specialdesignet, så faseforskelkombinationen først gentages efter at have nået det maksimalt detekterbare antal omdrejninger (f.eks. 1800 omdrejninger), hvorved positionskodens unikke karakter sikres. Gearene bruges kun til detektion og bærer ingen kraftbelastning. De er lavet af selv-smørende harpiksmaterialer, hvilket sikrer lang levetid.
3. Kernefordele og applikationsscenarier
Intet batteri, permanent hukommelse:Positionsinformationen bestemmes af de fysiske positioner af de mekaniske gear og magnetmønstrene og går aldrig tabt, selv efter fuldstændigt strømtab.
Høj miljøtolerance:Uden optiske præcisionskomponenter og et fuldt lukket magnetisk sensordesign giver den langt bedre modstand mod støv, olieforurening, kondens, vibrationer og visse temperaturchok end optiske encodere.
Balance mellem omkostninger og pålidelighed:Selvom opløsningen muligvis ikke matcher opløsningen for optiske-indkodere, gør dens robuste struktur, høje pålidelighed og vedligeholdelses-frie batteri-frie design det til et ideelt valg til industrielle applikationer, der kræver holdbarhed, sikkerhed og eliminering af batterivedligeholdelse.
IV. Sammenfatning og udvælgelsesreference
| Feature | Inkrementel encoder | Optisk Absolut Encoder | Mekanisk (magnetisk) absolut encoder |
|---|---|---|---|
| Positionsoplysninger | Relativ forskydning | Absolut position tilgængelig ved tænding- | Permanent absolut position (ingen batteri) |
| Efter sluk- | Position tabt, målsøgning påkrævet | Beholdt position (afhænger af batteri eller ikke-flygtig hukommelse) | Stillingen bevares permanent, ingen strøm kræves |
| Støjimmunitet | Gennemsnit (støjimpulser kan tælles forkert) | God (position læst med det samme, støj ikke akkumuleret) | God |
| Miljøtolerance | God | Gennemsnitlig (følsom over for støv og kondens) | Fremragende (modstandsdygtig over for olie, vibrationer, temperaturændringer) |
| Koste | Lav | Middel til høj | Medium |
| Typiske anvendelser | Omkostningsfølsomme-systemer, hvor målsøgning er acceptabel, åben-sløjfe eller simpel lukket-sløjfekontrol | Høj-præcisions-CNC, robotteknologi, rene miljøer, der kræver strøm-på beredskab | Udendørs udstyr, tungt maskineri, logistikudstyr og barske industrielle miljøer eller applikationer bekymret for batterivedligeholdelse |
Konklusion
Til stepmotorer med åben-sløjfe eller standard servosystemer,inkrementelle indkodereforbliver det almindelige valg på grund af deres høje omkostningseffektivitet-. I applikationer, der kræver "strøm-tændt og klar-til-brug", høj sikkerhed eller komplekse positioneringsfunktioner,absolutte indkodereer uundværlige. Blandt absolutte løsninger,mekaniske absolutkoderegive ingeniører et kraftfuldt alternativ, der kan forenkle systemdesign og forbedre langsigtet-pålidelighed takket være deresbatteri-fri permanent hukommelseogfremragende industriel holdbarhed.
