Интернет-магазин ЗЕТЕК
г. Москва, Варшавское шоссе, д. 1, стр. 6
Часы работы: с 9-00 до 18-00

Энкодер — это прибор, преобразующий линейное или угловое перемещение в электрические  сигналы, позволяющие определить величину этого перемещения.

В последнее время название этих приборов – «энкодеры» утвердилось, и стало общеупотребимым. Мы не беремся здесь и сейчас обсуждать преимущества или недостатки  названия «Энкодеры», а также его правильность. Просто говорим, что это название утвердилось и все заинтересованные лица понимают о чем идет речь. Перечень прежних названий этих приборов был весьма разнообразен: фото-импульсные датчики, ФИДы, датчики угловых перемещений, ДУПы, преобразователи фотоэлектрические, преобразователи вращения (например, ЭНИМС-овский  ВЕ178)  и т д. В настоящее время даже такой значительный российский производитель датчиков перемещения, как СКБ ИС, в скобках,  после названия «Преобразователь перемещения», использует слово «Энкодер». Будем и мы далее использовать данное название.

Различают инкрементные энкодеры, абсолютные энкодеры, аналоговые энкодеры и резольверы. Первые три вида бывают магнитными и оптическими, в зависимости от физического процесса, позволяющего осуществить преобразование угла или перемещения в электрический сигнал. Резольверы – датчики угловых перемещений на основе вращающихся трансформаторов. Как правило, к ним название «энкодер» не употребляют.

Инкрементные энкодеры (от англ. increment «увеличение, приращение») на своем выходе формируют последовательность импульсов, которые поступают на счетные или другие приемные   устройства, и число импульсов или их фронтов подсчитывается. Сразу же после подачи питания измеряемое положение неизвестно, поскольку на выходе инкрементального энкодера имеется информация лишь о приращении положения. После включения, для привязки счета к началу системы координат механизма или станка, запускается процедура «выхода в ноль» (Homming).  Система совершает пробное движение и находит некие  нулевые реперные точки. В момент прохождения через эти точки задается привязка к началу координат. После этого момента подсчет импульсов с выхода энкодера позволяет точно определить положение исполнительного механизма, но только в том случае, если высокая частота импульсов или помехи позволяют это сделать. Сбой подсчета импульсов с выхода инкрементального энкодера приводит к ошибкам перемещения, к неработоспособности системы в целом, и требует, по меньшей мере,  повторного «выхода в ноль».

Выходной сигнал инкрементального энкодера может представлять собой две последовательности прямоугольных импульсов в форме меандры, сдвинутых друг относительно друга на четверть периода. Последовательности обозначаются  обычно латинскими буквами A и B. Знак угла сдвига между  A и B определяет направление движения. Третий выход инкрементального энкодера формирует короткий импульс, называемый ноль-меткой (Z-меткой, индексом), который  строго привязан к определенному месту положения ротора энкодера. Эта ноль-метка часто используется системой точного перемещения в процедуре «выхода в ноль».

В случае, если инкрементальный энкодер имеет высокую разрешающую способность (например, 17 bit или  20 bit), то  нет возможности передать высокочастотный сигнал на вход приемного устройства и потом его подсчитать. В этом случае поступают следующим образом. Предварительный подсчет импульсов производят в самом энкодере, а последующим устройствам передается информация о положении с помощью фреймов (сообщений) по последовательной цифровой сети. Описанный выше способ часто используют в высокоточных сервоприводах.

И еще одно замечание, на которое хотелось бы обратить внимание при рассмотрении инкрементальных энкодеров. В специальных энкодерах, предназначенных для работы с некоторыми  сервоприводами, кроме обычных последовательностей импульсов A, B и Z имеется три дополнительных выхода, на которых формируется сигналы о положении ротора вращающегося синхронного серводвигателя. Выходы обычно имеют названия U,V,W (иногда HA,HB,HC). Такой специальный энкодер невозможно заменить обычным энкодером с выходами A, B и Z. Понять, имеются ли у запрашиваемого Клиентом энкодера дополнительные выходы U,V,W можно по документации к конкретному сервоприводу, где такая информация, как правило, имеется. Или по количеству выводов, которых у спец энкодеров не меньше 15.

Абсолютные энкодеры. По выходной информации таких энкодеров можно судить о положении его ротора независимо от того отключалось ли его питание или нет.   Различают однооборотный абсолютный энкодер и многооборотный.

Однооборотный абсолютный энкодер преобразует угол поворота вала энкодера в цифровой код. Причем каждому положению внутри оборота соответствует свое значение кода. Форма представления цифрового кода может быть различной: параллельный код (двоичный, двоично-десятичный, Грея и др.) и последовательный код, когда информация о положении содержится в цифровых сообщениях, формируемых на выходе энкодера (например, с помощью протоколов SSI, BiSS, CAN Open и др.)

Многооборотный абсолютный энкодер формирует информацию о положении не только внутри оборота, но и подсчитывает ещё количество полных оборотов вала энкодера. Количество полных оборотов, которое запоминает в своей памяти такой энкодер, может достигать величины в несколько сотен тысяч. Форма представления цифрового кода – последовательный и/или параллельный код.

Весьма часто, в сервоприводах многооборотный абсолютный энкодер используется совместно с внешней аккумуляторной батареей, подключенной к специальным клеммам этого энкодера. Без батарей память о положении привода после отключения питания теряется. И такой энкодер без батареи используется как инкрементальный энкодер.

Аналоговый энкодер. Выходной сигнал аналогового энкодера представляет собой две последовательности синусоидальных сигналов, сдвинутых друг относительно друга на фазный угол 90°. Амплитуда сигналов составляет 0.5В (размах колебаний Upp – 1В).  Всего сигналов 4, поскольку каждая последовательность представлена прямым и инверсным сигналами (два дифференциальных выхода). В паспортных данных к энкодеру всегда указывается количество периодов синусоидальных сигналов на оборот вала или длина соответствующая периоду для линейных аналоговых энкодеров.

С помощью последующей совместной обработки двух синусоидальных выходных сигналов (с помощью метода интерполяции) можно получить высочайшую разрешающую способность, которая в тысячи раз точнее, чем период   этих выходных сигналов  (коэффициент мультипликации может достигать значения 4096).

Аналоговые энкодеры используются, как правило, в высокоточных прецизионных системах позиционирования.

Резольвер. Или, так называемый, вращающийся трансформатор. Резольвер имеет входную обмотку возбуждения, на которую извне подается сигнал с высокой частотой (единицы или десятки килогерц). На двух выходных обмотках формируются сигналы с  амплитудой и фазой, которые зависят от положения ротора резольвера. С помощью последующей обработки двух выходных сигналов (с помощью метода интерполяции) можно получить информацию о положении ротора резольвера.

Некоторые известные европейские производители электроприводов используют резольверы, как основной датчик обратной связи сервосистем. Китайские производители отдают предпочтение (на данный момент) энкодерам на валу серводвигателей.

Отсутствие электронных элементов в самом резольвере, позволяет обеспечить повышенный температурный диапазон работы и большую механическую прочность этого датчика по сравнению с энкодерами, содержащими электронные компоненты.

Энкодеры обладают некоторыми характеристиками, значение и смысл которых представлены ниже.

  1. Напряжение питания энкодера. Через  кабель энкодера  напряжение питания подается на соответствующие шины внутри энкодера. Однако в особо продвинутых конструкциях имеются две дополнительные клеммы, соединенные с этими же шинами и используемыми для обратной связи в целях поддержания стабильного напряжения питания и компенсации падения напряжения на длинном кабеле.  Напряжение питания указано на паспортной табличке энкодера и является обязательной вводной информацией от Клиента при формировании заказа. Наиболее распространёнными напряжениями питания энкодеров являются: 5В±5% и 12 - 24В.
  2. Диаметр корпуса и вид соединительного фланца энкодера. Энкодеры, как правило, имеют фланцевое исполнение. Энкодер «на лапах» - это экзотика. Фланцы могут быть прижимные, зажимные (с выступающей центральной частью цилиндрического вида) и сервофланец (с проточкой по внешней цилиндрической стороне фланца под специальные крепежные пластины). Что касается диаметра корпуса, то, как рекомендацию, можно предложить, что не стоит гнаться за уменьшением геометрических размеров корпуса, где это не вызвано крайней необходимостью.
  3. Вид выходного вала энкодера. Различают выступающий и полый вал. Полый вал может быть как сквозной, так и глухой. Диаметры выступающего вала или отверстия полого вала должны определяться Клиентом. Кроме того, необходимо учесть, что если вал у энкодера полый и энкодер надевается на выступающий вал механизма, то крепление корпуса энкодера к корпусу механизма должно быть не жестким, с помощью специальных пружинных кронштейнов. При использовании энкодеров с выступающим валом, его корпус закрепляется жестко, а соединение с валом механизма производится через специальную компенсационную муфту. Муфты и кронштейны часто входят в комплект  поставки энкодеров.
  4. Количество импульсов на оборот.  Это разрешающая способность энкодера. Причем эту величину не следует путать с инструментальной точностью энкодера, которая всегда хуже, чем разрешающая способность. При формировании заказа информацию о требуемом количестве импульсов на оборот или требуемой точности измерения положения необходимо получить от Клиента.
  5. Количество выходных фаз энкодера. У инкрементальных энкодеров бывает от двух (A,B) до шести фаз выходных сигналов (A, B, Z и инверсии этих сигналов /A, /B, /Z). У инкрементальных энкодеров с последовательным выходом и абсолютных энкодеров количество выходов может быть различным и зависеть от способа формирования выходных сигналов у конкретного прибора.
  6. Тип выхода энкодера. Выходное напряжение энкодеров может формироваться отдельными транзисторами, либо специальными микросхемами – линейными драйверами. Драйверы формируют прямые и инверсные выходные фазные сигналы и обеспечивают помехозащищенную передачу этих сигналов на значительные расстояния. Причем с применением линейных драйверов диапазон частот выходных импульсов значительно расширяется по сравнению со случаем формирования выходных сигналов с помощью транзисторов.  При использовании линейных драйверов количество выходных фаз – всегда 6.

Транзисторные выходы часто используются для недлинных линий передач информации от энкодеров. Бывают комплементарные (двухтактные)  транзисторные выходные схемы (по-корейски и по-китайски – Totem pole, по-европейски – Push Pull)  и транзисторные схемы с открытым коллектором (OC, NPN). Остальные выходные транзисторные схемы используются значительно реже. Для Клиентов имеет смысл рекомендовать комплементарный транзисторный выход энкодеров, как наиболее универсальный.

  1. Наличие кабеля и/или разъёма. Наличие кабеля, разъёма на корпусе, или кабеля с разъёмом определяется требованиями Клиента. Следует заметить, что если кабель энкодера удлиняется, то в удлиняющем куске нельзя произвольно использовать имеющиеся там провода. Наилучшим, с точки зрения обеспечения работоспособности и помехозащищенности, является удлинение специально предназначенным для этого кабелем с витыми парами и толстыми проводами для питания энкодера.  Через каждую витую пару передаются сигналы только от одной из фаз, прямой и инверсный.  Особенно важно учитывать это замечание при работе с резольверами, где имеется дополнительное требование экранирования не только всего кабеля, но и каждой витой пары проводов.
  2. Степень защиты корпуса. Определяет защиту корпуса от проникновения внутрь твердых предметов, пыли, а также воды. Защита обозначается двумя цифрами после латинских букв IP.  Чем больше цифры, тем сильнее защита. Отметим здесь, что последняя цифра определяет степень защиты от проникновения воды, а не керосина, СОЖ, масла. Проникающая способность последних намного выше, чем у воды, и это надо учитывать при подборе энкодеров.

Выбор энкодера по числу импульсов на оборот. Чем больше число импульсов, тем выше разрешающая способность энкодера и с тем большей точностью можно измерить положение. Однако, излишнее, завышенное  количество импульсов приводит к недопустимо высокой частоте сигналов на выходе энкодера и невозможностью из-за этого считать импульсы.
Выбор энкодера по форме выходного вала. Форма вала (полый вал или выступающий вал) должна определяться Клиентом.
Выбор энкодера по амплитуде выходного сигнала. Как правило, на выходе энкодера различают сигналы типа HTL –  сигналы с высоким уровнем напряжения (от 12 до 30В) или типа TTL – логические сигналы с низким уровнем (от 2.4 до 5В).  Как правило, тип сигнала определяется уровнем напряжения питания энкодера. Требуемый тип сигнала, а, следовательно, и требуемое напряжение питания зависят от  аппаратуры, которая считывает сигналы с выхода энкодера, а может быть и запитывает его.
Выбор по размерам корпуса энкодера. Встречаются задачи, для решения которых необходимо вписать энкодер в ограниченное пространство. В этом случае диаметр корпуса должен быть соответствующий. Во всех других случаях следует выбирать энкодеры с диаметром корпуса не менее 40мм. Кроме того, необходимо выбрать тип фланца, рассмотрев возможность удобного крепления корпуса энкодера на установке.
Выбор энкодера по наличию разъёма. Встречаются задачи, когда для последующего демонтажа или по другим причинам требуется наличие  электрического разъёма на энкодере. Если таких специальных требований нет, то следует выбрать энкодер с кабелем.
Выбор энкодера по степени защиты корпуса. Защита энкодера от воздействия условий окружающей среды – важный вопрос. К этому вопросу следует подойти с особой тщательностью, если при эксплуатации на энкодер может попадать вода, другие жидкости, или энкодер может быть установлен в пыльном помещении. Кроме того, в некоторых случаях возникает задача подобрать ударопрочный и вибростойкий энкодер. В любом случае, требуемую защиту корпуса энкодера следует подбирать исходя из требований сформулированных Клиентом и технического описания энкодера.

ООО "ЗЕТЕК" 2017. Все права защищены.

Сайт компании www.zetek.ru