德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器基本簡介

德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器基本簡介
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理
由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。
由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。
編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。
分辨率-編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器信號輸出
信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。
信號連接-編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。
如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。
A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。
A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。
A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，在后續(xù)的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信號，因此其抗干擾能力強，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。
旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成，故當(dāng)受到較大的沖擊時，可能會損壞內(nèi)部功能，使用上應(yīng)充分注意。
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器注意事項
（1）安裝
安裝時不要給軸施加直接的沖擊。
編碼器軸與機器的連接，應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷，或造成撥芯現(xiàn)象，因此，要特別注意。
軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小，可大大延長軸承壽命。
不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時應(yīng)擦拭干凈。
（2）振動
加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動，往往會成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此，應(yīng)對設(shè)置場所、安裝場所加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時，加在軸或本體上的振動使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動，可能會發(fā)生誤脈沖。
（3）關(guān)于配線和連接
誤配線，可能會損壞內(nèi)部回路，故在配線時應(yīng)充分注意：
① 配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進(jìn)行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。
② 若配線錯誤，則有時會損壞內(nèi)部回路，所以配線時應(yīng)充分注意電源的極性等。
3 若和高壓線、動力線并行配線，則有時會受到感應(yīng)造成誤動作成損壞，所以要分離開另行配線。
④ 延長電線時，應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長，有問題時，采用施密特回路等對波形進(jìn)行整形。
⑤ 為了避免感應(yīng)噪聲等，要盡量用zui短距離配線。向集成電路輸入時，特別需要注意。
6 電線延長時，因?qū)w電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時間加長，容易產(chǎn)生信號間的干擾（串音），因此應(yīng)用電阻小、線間電容低的電線（雙絞線、屏蔽線）。
對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點
旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等特點。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點可任意設(shè)定，并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號，作為參考機械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號，對原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。
2、值編碼器
值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時，有與位置一一對應(yīng)的代碼（二進(jìn)制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置，而無需判向電路。它有一個零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機后再開機重新測量時，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機位置地代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號也可實現(xiàn)多圈測量。
3、正弦波編碼器
正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區(qū)別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數(shù)字量信號。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動態(tài)特性時可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機控制性能，編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當(dāng)電機高速旋轉(zhuǎn)（6000rpm）時，傳輸和處理數(shù)字信號是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機的信號所需帶寬（例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000）將很容易地超過MHz門限；而另一方面采用模擬信號大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號的內(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉(zhuǎn)1024個正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過1000，000個脈沖。接受此信號所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號
1、信號序列
一般編碼器輸出信號除A、B兩相（A、B兩通道的信號序列相位差為90度）外，每轉(zhuǎn)一圈還輸出一個零位脈沖Z。。
當(dāng)主軸以順時針方向旋轉(zhuǎn)時，按下圖輸出脈沖，A通道信號位于B通道之前；當(dāng)主軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，A通道信號則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。
正弦輸出編碼器輸出的差分信號如下圖所示：
、零位信號
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編碼器每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)一個脈沖，稱之為零位脈沖或標(biāo)識脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標(biāo)識位置。要準(zhǔn)確測量零位脈沖，不論旋轉(zhuǎn)方向，零位脈沖均被作為兩個通道的高位組合輸出。由于通道之間的相位差的存在，零位脈沖僅為脈沖長度的一半。
3、預(yù)警信號
有的編碼器還有報警信號輸出，可以對電源故障，發(fā)光二極管故障進(jìn)行報警，以便用戶及時更換編碼器。
一 NPN/PNP開路集電極輸出（NPN/PNP Open Collector）：
zui基本的輸出方式，抗干擾能力差，輸出有效距離短。在旋轉(zhuǎn)編碼器中用于增量型編碼器輸出，現(xiàn)已較少使用。
傳輸介質(zhì)：所有導(dǎo)線，光纖，無線電
高頻特性：佳
右圖為NPN開路集電集輸出。
二 線驅(qū)動（TTL/RS422）
對稱的正負(fù)信號輸出，抗干擾能力強，zui大傳輸距離1000m.
傳輸介質(zhì)：雙絞線
高頻特性：佳
在旋轉(zhuǎn)編碼器乃至現(xiàn)今工業(yè)控制系統(tǒng)作為電氣連接接口使用非常普遍。
三 推挽輸出（Push-Pull）：
組合了PNP和NPN兩種輸出，對稱的正負(fù)信號輸出，可以方便地駁接單端接收，抗干擾能力強，（差分接收）；zui大傳輸距離100m。
傳輸介質(zhì)：雙絞線（差分接收）；所有導(dǎo)線，光纖，無線電（單端接收）。
高頻特性：好
四 其它：
其它的接口方式還有RS232（C），RS485以及編碼器常用的SSI，各種現(xiàn)場總路線（如Profibus,Devicenet,CANopen等）。
德國SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器常用術(shù)語
■輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)
旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù)發(fā)，對于光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，通常與旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部的光柵的槽數(shù)相同（也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋轉(zhuǎn)編碼器的主軸旋轉(zhuǎn)一周，讀出位置數(shù)據(jù)的zui大等分?jǐn)?shù)。值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當(dāng)前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當(dāng)于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)" 。
■光柵
光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽；如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條（槽）。槽數(shù)少的場合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請注意，不要將沖擊直接施加于編碼器上。
■zui大響應(yīng)頻率
是在1秒內(nèi)能響應(yīng)的zui大脈沖數(shù)
（例：zui大響應(yīng)頻率為2KHz，即1秒內(nèi)可響應(yīng)2000個脈沖）
公式如下
zui大響應(yīng)轉(zhuǎn)速（rpm）/60×（脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）=輸出頻率Hz
■zui大響應(yīng)轉(zhuǎn)速
是可響應(yīng)的zui高轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖可響應(yīng)公式如下：
zui大響應(yīng)頻率（Hz）/ （脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）×60=軸的轉(zhuǎn)速rpm
■輸出波形
輸出脈沖（信號）的波形。
■輸出信號相位差
二相輸出時，二個輸出脈沖波形的相對的的時間差。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖
■起動轉(zhuǎn)矩
使處于靜止?fàn)顟B(tài)的編碼器軸旋轉(zhuǎn)必要的力矩。一般情況下運轉(zhuǎn)中的力矩要比起動力矩小。
■軸允許負(fù)荷
表示可加在軸上的zui大負(fù)荷，有徑向和軸向負(fù)荷兩種。徑向負(fù)荷對于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關(guān)；軸向負(fù)荷對軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個力的大小影響軸的機械壽命
■軸慣性力矩
該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對轉(zhuǎn)速變化的阻力
■轉(zhuǎn)速
該速度指示編碼器的機械載荷限制。如果超出該限制，將對軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，另外信號也可能中斷。
■格雷碼
格雷碼是數(shù)據(jù)，因為是單元距離和循環(huán)碼，所以很安全。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時，格雷碼須轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼。
■工作電流
指通道允許的負(fù)載電流。
■工作溫度
參數(shù)表中提到的數(shù)據(jù)和公差，在此溫度范圍內(nèi)是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會損壞。當(dāng)恢復(fù)工作溫度又能達(dá)到技術(shù)規(guī)范
■工作電壓