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分析不同hengstler编码器的技术原理和优缺点

编辑:Hengstler(亨士乐)编码器    发布时间:2022-05-05 14:15:08

摘要:本文概述了三种hengstler编码器技术,光、磁和电容,并概述了每种技术的权衡。磁性编码器在结构上与光学编码器类似,但使用磁场而不是光束。磁编码器用间隔极磁编码器取代开槽光学编码器,间隔极磁编码器在霍尔效应或磁阻传感器阵列上旋转。
分析不同hengstler编码器的技术原理和优缺点

hengstler编码器在运动控制产品中比较常见,旋转编码器是运动控制反馈回路的关键部件,包括工业自动化设备和过程控制、机器人、医疗设备、电力、航空航天等。

作为将机械运动转换为电信号的设备,编码器为工程师提供位置、速度、距离和方向等关键数据,以优化整体系统性能。

光学、磁和电容是工程师可以使用的三种主要编码器技术。然而,有许多因素需要考虑,以确定哪种技术最适合最终应用。

本文概述了三种hengstler编码器技术,光、磁和电容,并概述了每种技术的权衡。

1、光学编码器

多年来,光学编码器一直是运动控制市场的热门选择。它由一个LED光源(通常是红外光源)和一个位于编码器盘两侧的光电探测器组成。

圆盘由塑料或玻璃制成,由一系列半透明和不透明的线条或狭缝隔开。随着磁盘旋转,LED光路被磁盘上的间隔线或狭缝阻挡,产生两个典型的方形脉冲A和B,可用于确定轴旋转和速度。

光学编码器的典型A和B正交脉冲,包括索引脉冲
图1:光学编码器的典型A和B正交脉冲,包括索引脉冲

虽然光学编码器被广泛使用,但也存在一些缺点:在灰尘和肮脏的环境中,例如在工业应用中,污染物可能会积聚在编码器盘上,并阻止LED光传输到光学传感器。

受污染的编码盘会严重影响光学编码器的可靠性和准确性,从而导致方波的间歇性或完全丢失。

LED的寿命有限,最终会烧坏,导致编码器故障。此外,玻璃或塑料编码器容易受到振动或极端温度的损坏,这限制了光学编码器在恶劣环境应用中的使用;它们在发动机上的组装非常耗时,并且有更大的污染风险。

最后,如果光学编码器具有更高的分辨率,它将消耗超过100mA的电流,进一步限制其在移动或电池供电设备中的使用。

2、磁性编码器

磁性编码器在结构上与光学编码器类似,但使用磁场而不是光束。磁编码器用间隔极磁编码器取代开槽光学编码器,间隔极磁编码器在霍尔效应或磁阻传感器阵列上旋转。

码盘的每次旋转都会使这些传感器做出响应,产生的信号被传递到信号调节前端电路,以确定轴的位置。

与光学编码器相比,磁性编码器具有更耐用、抗振动和抗冲击的优点。此外,光学编码器的性能在灰尘、污垢和油等污染物的存在下会受到严重影响,而磁性编码器不会受到影响,因此非常适合在恶劣环境中应用。

然而,电机(尤其是步进电机)的电磁干扰会严重影响磁性编码器,温度变化也会导致位置漂移。

此外,磁性编码器的分辨率和精度相对较低,在这方面远不如光学和电容编码器。

3、电容式编码器

电容式编码器主要由转子、固定发射机和固定接收机三部分组成。电容式传感使用条形或线状模式,其中一个电极位于固定元件上,另一个位于移动元件上,以形成配置为接收器/发射器对的可变电容器。

转子上刻有正弦波,在电机轴旋转时产生特定但可预测的信号。然后,该信号通过hengstler编码器的板载ASIC进行转换,以计算轴的位置和旋转方向。

编码器码盘的比较
图2:编码器码盘的比较

4、电容式编码器的优点

电容式编码器的工作原理与数字卡钳相同,因此提供了一种解决方案,克服了光学和磁性编码器的许多缺点。

这种基于电容的编码器技术已被证明是非常可靠和准确的。

电容式编码器不需要LED或视线,即使存在灰尘、污垢和油等可能影响光学编码器的环境污染物,也能按预期运行。

此外,与光学编码器中使用的玻璃盘相比,它不太容易受到振动和极端高温/低温的影响。

如前所述,电容式编码器的使用寿命往往比光学编码器更长,因为它们不会导致LED灯烧毁。

因此,电容式编码器的封装尺寸更小,在仅6到18 mA的全分辨率范围内功耗更低,更适合电池供电的应用。

与磁性编码器相比,电容式技术具有鲁棒性、准确性和分辨率,因此后者对电磁干扰和电噪声的暴露受后者的影响较小。

此外,电容式编码器的数字特性在灵活性和可编程性方面具有显著优势。由于光学或磁性编码器的分辨率由编码器轮决定,因此每次需要不同分辨率时,都会使用一个新的hengstler编码器,从而增加设计和制造过程的时间和费用。

然而,电容式编码器有一系列可编程的分辨率,因此设计人员不必在每次需要新分辨率时更换编码器,这不仅减少了库存,还简化了PID控制回路微调和系统调整。

当涉及到无刷直流电机的换向时,电容式编码器允许数字对准和折射率脉冲调整,这项任务对于光学编码器来说可能是重复和耗时的。

内置诊断为开发人员提供了对系统数据的进一步访问,以优化系统或进行现场故障排除。

电容、光学和磁性编码器技术关键性能指标的比较
图3:电容、光学和磁性编码器技术关键性能指标的比较

5、需要仔细考虑的几个要点

在许多运动控制应用中,温度、振动和污染是编码器必须克服的关键挑战。事实证明,电容式编码器可以克服这些挑战。

与光学或磁技术相比,它为设计师提供了可靠、精确和灵活的解决方案。

此外,电容式编码器增加了可编程性和诊断功能,这是一种数字功能,使其更适合现代物联网和工业物联网应用。

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