將轉軸的角位移或直線位移的模擬量轉變成數(shù)字量輸出的一種軸角(位)-數(shù)字轉換器。編碼器的數(shù)字輸出與軸角(�)成某種涵�(shù)關系,通常有線�、正�、余�、正切、指�(shù)和對�(shù)等函�(shù)形式�
編碼器不僅能作為角度(或位移)傳感用,還可以作速度傳感�。后者不再叫做軸角編碼器而稱為速度編碼器。編碼器可根�(jù)碼盤的結構完成多種功��
編碼器的碼盤是由一系列同心圓的軌道組成。每層軌道以從外向里按軸位代碼的二進制的權分割成等距的區(qū)�,外層軌道為�,內層軌道為位。圖1為二進制碼盤的圖�。二進制碼優(yōu)點是可直接進入計算機工�,但它在交界面上會出�(xiàn)錯讀,并且隨著碼盤輸出值的增加,讀�(shù)誤差也伴隨增大。例如在�1��0�15的交界面�,由于工藝和裝配的因素可能讀�1111�0000以外,任何數(shù)字都可出�(xiàn),即�(fā)生非單值�,這就�(chǎn)生讀�(shù)誤差??朔@個缺點可采用循環(huán)二進制碼(�2�,又稱格雷碼。循�(huán)碼在結構上一個很大優(yōu)點是位區(qū)段的長度比二進制碼區(qū)段長度大一�,即在同樣條件下,循�(huán)碼盤的精度比二進制碼盤高一�,或者在相同精度和工藝條件下,循�(huán)碼盤直徑要小一�。循�(huán)碼缺點是須經(jīng)過譯碼器變換后才能接入計算機工作。二進制碼盤的非單值性讀出在實際應用中還有其他方法來解決。除采用上述兩種碼制外,還有�-十進制�,又稱BCD�。由于增量編碼器比編碼器使用碼盤軌道少,這樣,它的導線數(shù)、滑�(huán)�(shù)、讀出器、電路和顯示元件保持,使得系�(tǒng)可靠性增�,成本降�。因此,�(xiàn)代系�(tǒng)多傾向采用增量編碼器。增量編碼器主要缺點是測量僅相對于一個固定點,假如這個點有誤差,整個系�(tǒng)受損害。另一個問題是當電源出�(xiàn)故障�,常常導致數(shù)�(jù)丟失,須使用輔助�(shù)�(jù)記憶技�,以防止丟失�
編碼器需要與譯碼�、邏輯電�、計�(shù)器和顯示器等共同組成一個專用測量或指示儀表。由于數(shù)字儀表精�(±0.1~±0.0001%)比模擬儀表精�(±0.1~�5%)�,可靠性好,已廣泛應用在控制系�(tǒng)中作位置和速度的檢測以及反饋,取代其他模擬或數(shù)字傳感元��
軸角編碼器有電機、機�、光電、磁性等形式。電機式是由旋轉變壓器(或自整角電機)和解碼�(wǎng)絡等電路構成;而機械式、光電式和磁性式是由碼拾取器(碼盤和敏感元件)及編碼電路構成,它們之間的區(qū)別是碼拾取器方式不同�
軸角編碼器按使用分為編碼器和增量編碼器兩�。編碼器給出某些的角度量的數(shù)�(jù)。它需要一個二-十進制的邏輯電�,最普通電路是以與門電路為基�。由這種編碼器構成的儀表瞬時位置是�,在軍事上應用較�,如雷達天線位置的指示等。增量編碼器給出角度量是通過某些固定參考點來表示,它需要一個較高速度且能周期復位的脈沖計�(shù)�,這種編碼器在工業(yè)上應用廣泛�
電機式軸角編碼器
其原理見�3。圖中下半部旋轉變壓器將軸角θ變成兩相電壓模擬信號。正弦模擬信號為
U1=Umsinθsinωt
它直接接到比較器�。余弦模擬信號是作為參考電壓用,經(jīng)解碼�(wǎng)絡后得到電壓�
U2=Umcosθsinωt·D
也加到比較器�,從而引入一個輸出量D。當系統(tǒng)平衡�,由U1=U2可以得到
D=tgθ
由此式看�,轉角θ與�(shù)字量D已聯(lián)系起�,不過D寄存器的�(shù)字量不直接表示轉角�,而是轉角θ的正切函�(shù)。這種編碼器也可以用自整角電機來替代旋轉變壓器,這時只需將自整角電機三相輸出通過兩個特殊的變壓器變換成正弦和余弦輸��
電機式編碼器的實際組成比�3的原理圖要復雜得多。這類編碼器的特點�,采用閉�(huán)系統(tǒng),不受閉�(huán)內部的參�(shù)變化的影�。換句話�,既不受脈沖源頻率不�(wěn)和波形等變化的影響,也不受交流電壓的幅值大小和頻率波動的影�。這種編碼器信號幅度大,可靠性好。其精度主要取決于電機角誤差及解碼網(wǎng)絡位�(shù)和比較器的鑒別力�
70年代,由兩極旋轉變壓器構成軸角編碼�12�(比特),而雙通道旋轉變壓器的軸角編碼精度�17�。若采用感應同步器取代旋轉變壓器,則精度更高�
機械式軸角編碼器
以接觸碼盤為基礎的模-數(shù)轉換�。五、六十年代得到廣泛應�。它的碼拾取器主要是由碼盤和電刷組成。碼盤采用照相腐蝕制成導電區(qū)段(�1上黑色部分是導電區(qū)段),之間用絕緣區(qū)段(白色部分)隔�,全部導電區(qū)段短�,最里層是公共端。圖1中碼盤共5個軌�,每軌道上均放置電刷,由導線與編碼電路溝�。其精度一般為10�12�,軸角速度�500�/�,壽命超�25×106��
光電式軸角編碼器
以光學碼盤為基礎的模-數(shù)轉換�。光電式編碼器有光學碼盤(可動光盤、靜止光�)、光源和光電變換器等基本部分。光學碼盤是用玻�、塑料或金屬制成的薄片,其上帶有透光或不透光的條�。對一般要求的光電編碼�,其光學碼盤只需可動光盤就可;分辨率高的編碼�,其光學碼盤是由可動光盤和靜止光片組成。靜止光片用以通過或阻擋光源與光電變換器之間的光線,也可以與可動光盤組成干涉光�(chǎn)生疊柵條紋。光源是白熾�、發(fā)光二極管或光導纖維傳導的�。目前,主要用發(fā)光二極管。光電變換器一般采用光敏元件組�。常用硅型器件可制成光敏二極�、三極管或光電池。為了方便使�,往往將光源與光電變換器組成一�,其間隙剛好放置可動光盤。光電式編碼器,適應性強,其精度可達21位以�,轉速達5000�/�,壽命為109�。雖然成本較�,但應用廣泛,特別是在空間技術領��
磁性式軸角編碼�
采用磁飽和原理實行編碼。碼盤由含鐵素材料制�,并在上面按代碼進行磁化而形成區(qū)段;檢測器是軟磁�(huán)形體,有兩個繞組,一個作勵磁,另一個作讀取輸�。當檢測器環(huán)形體處于磁化區(qū)�,因磁化飽和�(chǎn)生低輸出;當檢測器環(huán)形體處于非磁化區(qū)�,因磁化不飽和而產(chǎn)生高輸出。其精度一般為8�,轉速高�10000�/分以上,壽命�6×109��
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