旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出電路以及常用術(shù)語(yǔ)介紹
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置,光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換,可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出(REP)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí),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(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)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(zhǎng)等特點(diǎn)。其主要種類有增量式編碼器、絕對(duì)值編碼器、正弦波編碼器。
輸出電路圖解
1、NPN電壓輸出和NPN集電極開路輸出線路
PNP開路集電極輸出
電壓輸出
此線路僅有一個(gè)NPN型晶體管和一個(gè)上拉電阻組成,因此當(dāng)晶體管處于靜態(tài)時(shí),輸出電壓是電源電壓,它在電路上類似于TTL邏輯,因而可以與之兼容。在有輸出時(shí),晶體管飽和,輸出轉(zhuǎn)為0VDC的低電平,反之由零跳向正電壓。
隨著電纜長(zhǎng)度、傳遞的脈沖頻率、及負(fù)載的增加,這種線路形式所受的影響隨之增加。因此要達(dá)到理想的使用效果,應(yīng)該對(duì)這些影響加以考慮。集電極開路的線路取消了上拉電阻。這種方式晶體管的集電極與編碼器電源的反饋線是互不相干的,因而可以獲得與編碼器電壓不同 的電流輸出信號(hào)。
2、PNP和PNP集電極開路線路
該線路與NPN線路是相同,主要的差別是晶體管,它是PNP型,其發(fā)射極強(qiáng)制接到正電壓,如果有電阻的話,電阻是下拉型的,連接到輸出與零伏之間。
3、推挽式線路
這種線路用于提高線路的性能,使之高于前述各種線路。事實(shí)上,NPN電壓輸出線路的主要局限性是因?yàn)樗鼈兪褂昧穗娮?,在晶體管關(guān)閉時(shí)表現(xiàn)出比晶體管高得多的阻抗,為克服些這缺點(diǎn),在推挽式線路中額外接入了另一個(gè)晶體管,這樣無(wú)論是正方向還是零方向變換,輸出都是低阻抗。推挽式線路提高了頻率與特性,有利于更長(zhǎng)的線路數(shù)據(jù)傳輸,即使是高速率時(shí)也是如此。信號(hào)飽和的電平仍然保持較低,但與上述的邏輯相比,有時(shí)較高。任何情況下推挽式線路也都可應(yīng)用于NPN或PNP線路的接收器。
4、長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器線路
當(dāng)運(yùn)行環(huán)境需要隨電氣干擾或編碼器與接收系統(tǒng)之間存在很長(zhǎng)的距離時(shí),可采用長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器線路。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收在兩個(gè)互補(bǔ)的通道中進(jìn)行,所以干擾受到抑制(干擾是由電纜或相鄰設(shè)備引起的)。這種干擾可看成“共模干擾”。此外,總線驅(qū)動(dòng)器的發(fā)送和接收都是以差動(dòng)方式進(jìn)行的,或者說(shuō)互補(bǔ)的發(fā)送通道上是電壓的差。因此對(duì)共模干擾它不是第三者,這種傳送方式在采用DC5V系統(tǒng)時(shí)可認(rèn)為與RS422兼容;在特殊芯片時(shí),電源可達(dá)DC24V,可以在惡劣的條件(電纜長(zhǎng),干擾強(qiáng)烈等)下使用。
5、差動(dòng)線路
差動(dòng)線路用在具有正弦長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器的模擬編碼器中,這時(shí),要求信號(hào)的傳送不受干擾。像長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器線路那樣,對(duì)于數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生兩個(gè)相位相差180度的信號(hào)。這種線路特意設(shè)置了120歐姆的特有線路阻抗,它與接收器的輸入電阻相平衡,而接收器必須有相等的負(fù)載阻抗。通常,在互補(bǔ)信號(hào)之間并聯(lián)連,120歐姆的終端電阻就達(dá)到了這種目的。
線性驅(qū)動(dòng)輸出方式
旋轉(zhuǎn)編碼器常用術(shù)語(yǔ)錦集
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(duì)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)的最大等分?jǐn)?shù)。絕對(duì)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(chǎng)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(qǐng)注意,不要將沖擊直接施加于編碼器上。
最大響應(yīng)頻率:是在1秒內(nèi)能響應(yīng)的最大脈沖數(shù)(例:最大響應(yīng)頻率為2KHz,即1秒內(nèi)可響應(yīng)2000個(gè)脈沖)公式:最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速(rpm)/60×(脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))=輸出頻率Hz 。
最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速:是可響應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速,在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖可響應(yīng)公式如下:最大響應(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(hào))的波形。
輸出信號(hào)相位差:二相輸出時(shí),二個(gè)輸出脈沖波形的相對(duì)的的時(shí)間差。
輸出電壓:指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會(huì)因輸出電流的變化而有所變化。
起動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)中的力矩要比起動(dòng)力矩小。
軸允許負(fù)荷:表示可加在軸上的最大負(fù)荷,有徑向和軸向負(fù)荷兩種。徑向負(fù)荷對(duì)于軸來(lái)說(shuō),是垂直方向的,受力與偏心偏角等有關(guān);軸向負(fù)荷對(duì)軸來(lái)說(shuō),是水平方向的,受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個(gè)力的大小影響軸的機(jī)械壽命。
軸慣性力矩:該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對(duì)轉(zhuǎn)速變化的阻力 。
轉(zhuǎn)速:該速度指示編碼器的機(jī)械載荷限制。如果超出該限制,將對(duì)軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響,另外信號(hào)也可能中斷。
格雷碼:格雷碼是高級(jí)數(shù)據(jù),因?yàn)槭菃卧嚯x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(shí),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(huì)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:編碼器的供電電壓。