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技術(shù)文章
機(jī)械式絕對(duì)值編碼器與電子式編碼器
閱讀次數(shù):9118 發(fā)布時(shí)間:2015/12/18 17:38:26
“絕對(duì)值”是指測(cè)量的位置值不依賴于前次測(cè)量計(jì)數(shù)累加的,對(duì)于測(cè)量原點(diǎn)的絕對(duì)的位置值。
其不同于“相對(duì)值”,相對(duì)值是相對(duì)于前次測(cè)量位置的一個(gè)相對(duì)移動(dòng)的位置值,而“絕對(duì)值”每一次正常測(cè)量與任何其他測(cè)量關(guān)系無(wú)關(guān),所以叫“絕對(duì)”。
2,什么叫絕對(duì)值編碼
絕對(duì)值編碼是指在測(cè)量器件(傳感器)內(nèi)部,在測(cè)量量程范圍內(nèi),所有的機(jī)械位置已經(jīng)預(yù)先與機(jī)械位置原點(diǎn)有的對(duì)應(yīng)關(guān)系的絕對(duì)編碼,任何時(shí)候的測(cè)量不需要依賴前次測(cè)量的歷史。即使不移動(dòng),也可以直接輸出的絕對(duì)編碼。
絕對(duì)值編碼的根本,是不依賴于移動(dòng)和前次歷史比較即可獲得完整的位置信息,且每一個(gè)位置是的,第二是與前次讀數(shù)(包括各種記憶方式)無(wú)關(guān),內(nèi)部不需經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器累加比較。不移動(dòng)位置、不需要知道前次讀數(shù)位置即可測(cè)量并輸出的信號(hào)值。
3,“絕對(duì)式”與“絕對(duì)值編碼”有什么不同
根本的不同是“絕對(duì)式”名稱是側(cè)重于測(cè)量接收設(shè)備,相對(duì)于外部原點(diǎn)位置的“絕對(duì)式”位置輸出模式,而“絕對(duì)值編碼”是側(cè)重于測(cè)量傳感器內(nèi)部的編碼形式,在其量程范圍內(nèi)部對(duì)于原點(diǎn)位置的所有位置“絕對(duì)編碼”。作為《編碼器》應(yīng)以內(nèi)部編碼讀取的原理方式?jīng)Q定其名稱方式。
實(shí)際上依賴于計(jì)數(shù)的,無(wú)論是內(nèi)部電池記憶,還是外部電池,甚至是低功耗的威根特效應(yīng)計(jì)數(shù),都是“計(jì)數(shù)”的,就不能再稱為“絕對(duì)值編碼”了,只能相對(duì)于測(cè)量接收設(shè)備的“絕對(duì)式”。
4,什么是絕對(duì)值單圈編碼器?
在360度測(cè)量范圍內(nèi),其每一個(gè)輸出位置的數(shù)據(jù)編碼在360度單圈內(nèi)是絕對(duì)且的,無(wú)需依賴轉(zhuǎn)動(dòng)及前次數(shù)據(jù)而獲得位置信息。在旋轉(zhuǎn)超過(guò)360度后,數(shù)據(jù)又循環(huán)從0開(kāi)始。
單圈絕對(duì)值編碼器的位數(shù)是以2的N次方位數(shù)來(lái)表示其分辨位置編碼,8位就有256個(gè)編碼位置,10位是1024,12位4096,13位8192,14位16384,16位65536,目前位數(shù)的是德國(guó)海德漢的25位單圈絕對(duì)值編碼器。
5,什么叫絕對(duì)值多圈編碼器
絕對(duì)值多圈編碼器,就是在其測(cè)量范圍內(nèi),不僅僅在單圈360度內(nèi)有“絕對(duì)值編碼”,而且在超過(guò)360度后仍然有不依賴于計(jì)數(shù)器的多圈數(shù)值的絕對(duì)編碼。其一般與鐘表式的分針、時(shí)針原理相似。
多圈絕對(duì)值編碼器是以單圈多少位X多圈多少位的方式表示其分辨率和測(cè)量圈數(shù)行程,多圈常用的是4096圈,少量可以達(dá)到16384圈、65536圈(16位),GMX425系列的絕對(duì)值多圈編碼器常規(guī)的可以達(dá)到12位4096圈,特殊需要的可以達(dá)到16384圈和65536圈。
6,什么是電子式“絕對(duì)式”?
電子式的“絕對(duì)式”雖然能夠向外提供的數(shù)據(jù)也是以絕對(duì)值相同的形式輸出的,但其內(nèi)部并不是每一個(gè)位置的預(yù)先絕對(duì)編碼,它是依賴于編碼器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及前次讀數(shù)的記憶保存相比較,獲得的位置信息,類(lèi)似于磁帶錄音機(jī)或激光CD,必須磁帶旋轉(zhuǎn)或光碟旋轉(zhuǎn),才能組織采集到完整信息再輸出,這種需要“動(dòng)起來(lái)”或“動(dòng)一小部分”才能獲得類(lèi)似絕對(duì)式信息輸出的,稱為“動(dòng)態(tài)”數(shù)據(jù)掃描絕對(duì)式,而有一些依賴于電池、超級(jí)電容記憶數(shù)據(jù),或者較為的低或無(wú)功耗威根特效應(yīng)讀數(shù)并用電容寄存讀數(shù),這類(lèi)不需要?jiǎng)悠饋?lái)也能輸出記憶的位置信息的方式,稱為“靜態(tài)”電子式絕對(duì)式。
無(wú)論是“靜態(tài)”的還是“動(dòng)態(tài)”的電子式“絕對(duì)式”,都已經(jīng)不是內(nèi)部絕對(duì)值編碼的方式獲得的位置信息,所以應(yīng)該不能叫“絕對(duì)值編碼器”。編碼器的名稱,應(yīng)該由其內(nèi)部的編碼及讀取的方式原理決定,而不是僅僅看輸出信號(hào)相類(lèi)似。
7,“電子式絕對(duì)式”編碼器與“真絕對(duì)值編碼”的編碼器比較會(huì)有什么問(wèn)題?
電子式絕對(duì)式編碼器內(nèi)部的工作原理是依賴于運(yùn)動(dòng)起來(lái)讀數(shù)加上前次記憶數(shù)據(jù)相比較,獲得的位置信息,這樣與“真絕對(duì)值編碼”器比較,就會(huì)有這三部分出錯(cuò)可能性:
首先是運(yùn)動(dòng)起來(lái)的讀數(shù)計(jì)數(shù)累計(jì),這個(gè)部分可能會(huì)受到各種內(nèi)部及外部電氣環(huán)境干擾因素的影響或器件小概率失效因素的影響而讀錯(cuò),它與絕對(duì)值編碼不同,絕對(duì)值編碼由于位置信息始終存在,即使一次性小概率讀數(shù)失效,并不影響下次的讀數(shù)準(zhǔn)確性。而電子式的通過(guò)讀數(shù)計(jì)數(shù)可能出現(xiàn)的失效,可以影響到下一次的讀數(shù)累計(jì),這種錯(cuò)誤無(wú)法區(qū)隔判斷,并在時(shí)間上和各個(gè)位置上的信息輸出延續(xù)下去;而在斷電以后的讀數(shù),是依賴于電池、電容供電,或威根特效應(yīng)極小的發(fā)電能量存儲(chǔ)供電,因所供電能有限,其抗干擾性更差,并讀數(shù)頻次低,當(dāng)快速旋轉(zhuǎn)編碼器或外部有很大的干擾影響下,很有可能來(lái)不及計(jì)數(shù)累加或受干擾而出現(xiàn)讀數(shù)錯(cuò)誤,并累加延續(xù)。
其二,在于累加計(jì)數(shù)的記憶體,這種記憶體因電能有限,或因記憶能量型元器件的問(wèn)題,例如電池的失電后、電容及威根特效應(yīng)存儲(chǔ)的的容量有限性、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電容的被干擾耦合數(shù)據(jù)失真,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)再次采集的數(shù)據(jù)失真、電池的低溫失效,電池的高溫爆炸、記憶能量體和數(shù)據(jù)記憶體的壽命,等等各種因素都會(huì)影響到其記憶數(shù)據(jù)及再次采集是否可能失真失效。
其三,在于速度響應(yīng)有限并數(shù)據(jù)的再處理解碼輸出,由于是依賴于運(yùn)動(dòng)起來(lái)的讀數(shù)及內(nèi)部寄存數(shù)據(jù)的比較兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的整合解碼,在速度響應(yīng)方面有限,進(jìn)位同步處理、快速運(yùn)動(dòng)讀取及處理、干擾影響等各種因素的情況下,兩組數(shù)據(jù)的再處理解碼及輸出,仍然存在出錯(cuò)的可能,而且這種出錯(cuò)一樣是不同于真正絕對(duì)編碼的,其一旦出錯(cuò)無(wú)法判斷(或需要再以輔助傳感器比較判斷),而在時(shí)間上及位置上錯(cuò)誤一直延續(xù)。
綜上所述,電子式絕對(duì)式編碼器,從原理上因?yàn)樗皇敲恳粋(gè)位置絕對(duì)編碼的,一旦出錯(cuò),會(huì)影響到下一次讀數(shù)且延續(xù)到以后的讀數(shù)準(zhǔn)確性,而這種出錯(cuò)的可能性始終存在,只是在概率上的大小,以體現(xiàn)生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平。從原理上講,它不是“絕對(duì)值編碼”的編碼器。它的應(yīng)用應(yīng)極小心的避開(kāi)因出錯(cuò)而會(huì)造成更大損失的場(chǎng)合,例如安全性監(jiān)控。
8,什么是鐘表齒輪式絕對(duì)值多圈編碼器?
旋轉(zhuǎn)單圈絕對(duì)值編碼器,以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光碼盤(pán)各碼道刻線,以獲取的一組編碼,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360度時(shí),編碼又回到原點(diǎn),這樣就不符合絕對(duì)編碼的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量,稱為單圈絕對(duì)式編碼器。
真實(shí)多圈絕對(duì)值編碼器:編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理,增加了一組機(jī)械齒輪組碼盤(pán),當(dāng)中心碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組齒輪碼盤(pán)(或多組齒輪,多組碼盤(pán)),在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍,這樣的方式與機(jī)械鐘表的秒、分、時(shí)相像,也稱為絕對(duì)編碼器就稱為鐘表齒輪式絕對(duì)值多圈編碼器,這種真實(shí)多圈絕對(duì)值編碼器,對(duì)于多圈的數(shù)值,同樣是由機(jī)械位置確定編碼,每個(gè)位置編碼不重復(fù),而無(wú)需記憶。
9,什么是電子式多圈“絕對(duì)編碼器”?
單圈碼盤(pán)選用了絕對(duì)值的原理,例如光學(xué)多碼道的絕對(duì)值單圈或磁電式絕對(duì)值單圈編碼器,而多圈測(cè)量用電子計(jì)數(shù)累加、寄存的方式,稱為“電子式多圈絕對(duì)值編碼器”,但是稱為“絕對(duì)值編碼”是不嚴(yán)肅帶有欺騙性的,這是部分絕對(duì)值編碼,完整的全行程測(cè)量范圍不能算絕對(duì)值編碼了,而是部分增量計(jì)數(shù)的。
電子式多圈絕對(duì)值編碼器,有利用上次讀數(shù)寄存判斷圈數(shù)值而不用電池的,停電后移動(dòng)角度有一定的范圍限制;也有內(nèi)置電池或外置電池記錄圈數(shù)的,在電池容量有限的情況下停電記憶圈數(shù)值;目前還有一種是無(wú)電池利用威根德效應(yīng)(無(wú)功耗脈沖發(fā)生及計(jì)數(shù))記錄圈數(shù)值的,但仍然是屬于電子式多圈編碼器。
電子多圈編碼器仍然存在讀數(shù)、寄存、再讀取的出錯(cuò)可能性,這種可能性一旦出現(xiàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)并彌補(bǔ),需用其他輔助傳感器比較后修正,另外,電子多圈編碼器在停電后對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度及轉(zhuǎn)速有限制。
10,什么是威根德效應(yīng)編碼器?
有一些電子多圈編碼器,其多圈計(jì)圈數(shù)是用威根德效應(yīng)的原理。
在上世紀(jì)60年代,John·Wiegand發(fā)現(xiàn),通過(guò)適當(dāng)處理的磁性金屬絲,內(nèi)芯和外層存在著較大的差異性,在一定的條件下便可產(chǎn)生兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換.對(duì)此效應(yīng)人們稱之為威根德(Wiegand)效應(yīng),類(lèi)似于這種特征的絲稱之為威根德絲。用這種絲制成的磁敏傳感器,在經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的NS變化時(shí),可產(chǎn)生無(wú)需供電的尖峰脈沖,威根德傳感器具有工作溫度高(可達(dá)200℃),不需要任何外加電源便可輸出較高的脈沖電壓(可達(dá)5~6V),可直接與計(jì)算機(jī)接口.因而在許多場(chǎng)合己得到應(yīng)用。以這種原理制成的傳感器叫“威根德傳感器”,這種傳感器幾乎無(wú)需電源,甚至其產(chǎn)生的尖峰可以用電容存儲(chǔ),以威根德傳感器內(nèi)部計(jì)數(shù)并尖峰微小能量由電容存儲(chǔ)的編碼器,早在上個(gè)世紀(jì)90年代即產(chǎn)生了產(chǎn)品,但是當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件性能很不穩(wěn)定,在近年低功耗電子元器件的出現(xiàn),使得這個(gè)產(chǎn)品漸漸成熟走向市場(chǎng),但是它的可靠性有限,目前只能用于計(jì)圈數(shù),(因計(jì)圈數(shù)次數(shù)少,頻次低,可靠性因素反映出現(xiàn)概率低),而單圈碼盤(pán)用絕對(duì)值碼盤(pán)(例如磁電原理)。
威根德原理的計(jì)數(shù)仍然是屬于電子式多圈編碼器,一樣是有缺陷的,由于“自發(fā)電”產(chǎn)生的信號(hào)較為微弱,較易被周邊電氣噪音干擾,計(jì)數(shù)讀取與寄存仍然有被干擾而出錯(cuò)可能性,且一旦被干擾出錯(cuò),原始位置丟失無(wú)法找回。須小心用于周邊電氣環(huán)境較為干凈的場(chǎng)合,并不適合用于起重、工程及各種電氣環(huán)境較為復(fù)雜的應(yīng)用中。再如寄存的能量有限,停電后的計(jì)數(shù)抗干擾差,計(jì)數(shù)響應(yīng)不夠快,在停電與通電切換時(shí)抗干擾性差等等。總之,它不是完整的絕對(duì)值編碼,不能再叫“絕對(duì)值多圈編碼器”了,在國(guó)外的樣本資料中都注明是單圈絕對(duì)值,多圈威根德效應(yīng)“電子式”多圈的。如果故意忽略威根德“電子式”的內(nèi)容,就直接叫“絕對(duì)值多圈編碼器”,與成本較高而更為可靠的機(jī)械式絕對(duì)值編碼器故意混淆,帶有不嚴(yán)肅的商業(yè)欺騙性嫌疑。
11,什么叫全行程多圈絕對(duì)值編碼器
在整個(gè)測(cè)量行程中,測(cè)量傳感器編碼器的內(nèi)部是絕對(duì)值編碼的。這相對(duì)于有些測(cè)量是部分絕對(duì)值編碼部分靠累加計(jì)數(shù)的不同,或者超過(guò)一段行程需要刷新起點(diǎn)重新作為絕對(duì)值測(cè)量的不同。因?yàn)辇X輪式絕對(duì)值多圈編碼器的的測(cè)量范圍受內(nèi)部機(jī)械齒輪組的限制,絕對(duì)值編碼的圈數(shù)值是有限的,比如4096圈(12位),16384圈(14位)等,或者經(jīng)濟(jì)型的64圈、16圈,這種規(guī)定了測(cè)量圈數(shù)值行程,并確認(rèn)在這個(gè)測(cè)量行程內(nèi)是絕對(duì)值編碼并使用的,稱為全行程絕對(duì)值編碼器。使用全行程多圈編碼需根據(jù)提供的編碼器圈數(shù)在此范圍內(nèi)使用。傳感器超出行程重新從起點(diǎn)循環(huán)使用。
原創(chuàng)作者:深圳市賽德力檢測(cè)設(shè)備有限公司
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