分析不同
hengstler編碼器的技術原理和優(yōu)缺點
hengstler編碼器在運動控制產品中比較常見,旋轉編碼器是運動控制反饋回路的關鍵部件,包括工業(yè)自動化設備和過程控制、機器人、醫(yī)療設備、電力、航空航天等。
作為將機械運動轉換為電信號的設備,編碼器為工程師提供位置、速度、距離和方向等關鍵數(shù)據(jù),以優(yōu)化整體系統(tǒng)性能。
光學、磁和電容是工程師可以使用的三種主要編碼器技術。然而,有許多因素需要考慮,以確定哪種技術最適合最終應用。
本文概述了三種hengstler編碼器技術,光、磁和電容,并概述了每種技術的權衡。
1、光學編碼器
多年來,光學編碼器一直是運動控制市場的熱門選擇。它由一個LED光源(通常是紅外光源)和一個位于編碼器盤兩側的光電探測器組成。
圓盤由塑料或玻璃制成,由一系列半透明和不透明的線條或狹縫隔開。隨著磁盤旋轉,LED光路被磁盤上的間隔線或狹縫阻擋,產生兩個典型的方形脈沖A和B,可用于確定軸旋轉和速度。
圖1:光學編碼器的典型A和B正交脈沖,包括索引脈沖
雖然光學編碼器被廣泛使用,但也存在一些缺點:在灰塵和骯臟的環(huán)境中,例如在工業(yè)應用中,污染物可能會積聚在編碼器盤上,并阻止LED光傳輸?shù)焦鈱W傳感器。
受污染的編碼盤會嚴重影響光學編碼器的可靠性和準確性,從而導致方波的間歇性或完全丟失。
LED的壽命有限,最終會燒壞,導致編碼器故障。此外,玻璃或塑料編碼器容易受到振動或極端溫度的損壞,這限制了光學編碼器在惡劣環(huán)境應用中的使用;它們在發(fā)動機上的組裝非常耗時,并且有更大的污染風險。
最后,如果光學編碼器具有更高的分辨率,它將消耗超過100mA的電流,進一步限制其在移動或電池供電設備中的使用。
2、磁性編碼器
磁性編碼器在結構上與光學編碼器類似,但使用磁場而不是光束。磁編碼器用間隔極磁編碼器取代開槽光學編碼器,間隔極磁編碼器在霍爾效應或磁阻傳感器陣列上旋轉。
碼盤的每次旋轉都會使這些傳感器做出響應,產生的信號被傳遞到信號調節(jié)前端電路,以確定軸的位置。
與光學編碼器相比,磁性編碼器具有更耐用、抗振動和抗沖擊的優(yōu)點。此外,光學編碼器的性能在灰塵、污垢和油等污染物的存在下會受到嚴重影響,而磁性編碼器不會受到影響,因此非常適合在惡劣環(huán)境中應用。
然而,電機(尤其是步進電機)的電磁干擾會嚴重影響磁性編碼器,溫度變化也會導致位置漂移。
此外,磁性編碼器的分辨率和精度相對較低,在這方面遠不如光學和電容編碼器。
3、電容式編碼器
電容式編碼器主要由轉子、固定發(fā)射機和固定接收機三部分組成。電容式傳感使用條形或線狀模式,其中一個電極位于固定元件上,另一個位于移動元件上,以形成配置為接收器/發(fā)射器對的可變電容器。
轉子上刻有正弦波,在電機軸旋轉時產生特定但可預測的信號。然后,該信號通過hengstler編碼器的板載ASIC進行轉換,以計算軸的位置和旋轉方向。
圖2:編碼器碼盤的比較
4、電容式編碼器的優(yōu)點
電容式編碼器的工作原理與數(shù)字卡鉗相同,因此提供了一種解決方案,克服了光學和磁性編碼器的許多缺點。
這種基于電容的編碼器技術已被證明是非常可靠和準確的。
電容式編碼器不需要LED或視線,即使存在灰塵、污垢和油等可能影響光學編碼器的環(huán)境污染物,也能按預期運行。
此外,與光學編碼器中使用的玻璃盤相比,它不太容易受到振動和極端高溫/低溫的影響。
如前所述,電容式編碼器的使用壽命往往比光學編碼器更長,因為它們不會導致LED燈燒毀。
因此,電容式編碼器的封裝尺寸更小,在僅6到18 mA的全分辨率范圍內功耗更低,更適合電池供電的應用。
與磁性編碼器相比,電容式技術具有魯棒性、準確性和分辨率,因此后者對電磁干擾和電噪聲的暴露受后者的影響較小。
此外,電容式編碼器的數(shù)字特性在靈活性和可編程性方面具有顯著優(yōu)勢。由于光學或磁性編碼器的分辨率由編碼器輪決定,因此每次需要不同分辨率時,都會使用一個新的hengstler編碼器,從而增加設計和制造過程的時間和費用。
然而,電容式編碼器有一系列可編程的分辨率,因此設計人員不必在每次需要新分辨率時更換編碼器,這不僅減少了庫存,還簡化了PID控制回路微調和系統(tǒng)調整。
當涉及到無刷直流電機的換向時,電容式編碼器允許數(shù)字對準和折射率脈沖調整,這項任務對于光學編碼器來說可能是重復和耗時的。
內置診斷為開發(fā)人員提供了對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進一步訪問,以優(yōu)化系統(tǒng)或進行現(xiàn)場故障排除。
圖3:電容、光學和磁性編碼器技術關鍵性能指標的比較
5、需要仔細考慮的幾個要點
在許多運動控制應用中,溫度、振動和污染是編碼器必須克服的關鍵挑戰(zhàn)。事實證明,電容式編碼器可以克服這些挑戰(zhàn)。
與光學或磁技術相比,它為設計師提供了可靠、精確和靈活的解決方案。
此外,電容式編碼器增加了可編程性和診斷功能,這是一種數(shù)字功能,使其更適合現(xiàn)代物聯(lián)網和工業(yè)物聯(lián)網應用。
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