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增量式編碼器與絕對式編碼器的區(qū)別

jf_AHleW45b ? 來源:杰特仕光電傳感器 ? 2023-12-13 16:55 ? 次閱讀

來源:杰特仕光電傳感器

概述

編碼器有兩種方式檢測位移和位置信息:相對位置檢測與絕對位置檢測。相對位置的檢測方法為增量式,絕對位置的檢測方法包括絕對式和偽絕對式。相對式和絕對式各有優(yōu)缺點,建議大家根據(jù)“測量目的”正確選用。

用什么樣的電信號來表示位置信息

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Fig.1 將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為角度信息的過程

在第二部分中,我們解釋了檢測位移與位置的方法分為四種類型。編碼器有兩種方式檢測位移與位置信息:相對位置檢測和絕對位置檢測,并且編碼器輸出的電信號形式是不同的。相對位置:移動過了的角度或位移;絕對位置:當(dāng)前位置與原點位置的距離。

檢測相對位置的增量式

檢測從一個位置到下一個位置的移動量稱為相對式編碼器。與地圖進行類比,是一個相對位置檢測類型,解釋為“如果你在這條道路上向前走100米,向右走30米,然后就可以找到一家便利店”。相對位置檢測的編碼器根據(jù)位移距離輸出脈沖信號,這種輸出方式稱為增量式。讓我們以第二部分中討論的光電編碼器為例。當(dāng)一個在徑向上帶有狹縫(孔)的圓盤旋轉(zhuǎn)時,光電編碼器產(chǎn)生脈沖。計算脈沖的數(shù)量可以看出圓盤的角度變化(運動)。當(dāng)4個狹縫排列在整個圓周時,每旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)為4個,因此可以看出1個脈沖旋轉(zhuǎn)了360°/4=90°;如果狹縫數(shù)量增加到8個,則一個脈沖旋轉(zhuǎn)360°/8=45°。如果狹縫的數(shù)量越多,即每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生脈沖的數(shù)量越大,角度變化的分辨率就越高,運動就能表現(xiàn)得越精細。

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Fig.2a 4-狹縫增量式編碼器

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Fig.2b 8-狹縫增量式編碼器

但是,該方法不能識別旋轉(zhuǎn)方向的變化。因此,使用2個相位差為90°e的脈沖來解決這個問題,這2個脈沖通常被稱為A相脈沖和B相脈沖,旋轉(zhuǎn)方向可以根據(jù)A脈沖或B脈沖哪個先出現(xiàn)上升沿來確定。通過減去反向旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù),即使過程中旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化,也可以準(zhǔn)確地確定旋轉(zhuǎn)量。

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Fig.3a 順時針旋轉(zhuǎn)AB脈沖波形

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Fig.3b 逆時針旋轉(zhuǎn)AB脈沖波形

檢測絕對位置的絕對式

直接檢測距離起始位置有多遠的編碼器稱為絕對式編碼器。與地圖進行類比,絕對式編碼器可以直接告訴你在“上海市浦東新區(qū)人民路22弄”有一家便利店。絕對式編碼器響應(yīng)來自微控制器的指令,以串行數(shù)據(jù)或電壓作為輸出傳輸位置信息,這種輸出方式稱為絕對式。我們再次以光電編碼器為例,增量式編碼器只有一排狹縫,而絕對式編碼器則有多排狹縫。例如,如果有4排狹縫,可以用二進制碼表示出從0000到1111的16個角度的絕對位置;如果有5排狹縫,則可表示出從00000到11111的32個不同角度;通過將狹縫增加到8排,你可以看到從00000000到11111111的256個不同角度的絕對位置。隨著狹縫排數(shù)的增加,角度變化的分辨率也會增加,可以更精細地表示移動的角度。

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Fig.4a 4排狹縫的絕對式編碼器

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Fig.4b 5排狹縫的絕對式編碼器

Z脈沖信號檢測絕對角度的偽絕對式

絕對位置也可以用增量的方式來表示。該方法在產(chǎn)生A、B相脈沖狹縫的基礎(chǔ)上,只增加1排狹縫(也只增加1個),并且每旋轉(zhuǎn)一圈只產(chǎn)生1個單脈沖,這個脈沖被稱為Z(Zero)脈沖。偽絕對式是一種通過檢測Z相脈沖的旋轉(zhuǎn)量來檢測絕對位置的方法,Z相脈沖是A相和B相脈沖的起始位置。

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Fig.5a 順時針旋轉(zhuǎn)ABZ脈沖

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Fig.5b 逆時針旋轉(zhuǎn)ABZ脈沖

增量式和絕對式的優(yōu)缺點增量式編碼器和絕對式編碼器各有利弊。檢測相對位置的增量式編碼器只有一排狹縫(偽絕對式為兩排),因此可以用更低的成本制造碼盤。但是,檢測絕對位置的絕對式編碼器,狹縫是多排的,所以如果想要增加角度變化的分辨率,那么碼盤的制造成本將是昂貴的。如果在斷電后重新啟動,絕對式可以檢測到重新啟動時的位置。但是在使用增量式和偽絕對式的情況下,由于累計角度已經(jīng)被刪除,無法檢測到重啟時的位置。另外,由于信號傳輸系統(tǒng)的原因,絕對式也是有利有弊。在絕對式編碼器中有兩種輸出方式,一種是將二進制碼作為數(shù)字信號輸出;另一種是將二進制碼轉(zhuǎn)換為模擬電壓并輸出。此外,對于數(shù)字信號也是有兩種輸出方式的,一種是并行輸出,通過多個信號線從多個狹縫中得到的二進制代碼原樣輸出;另一種是串行輸出,使用一個信號線傳輸,同時將并行輸出的多個信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù),并隨時間順序依次傳輸。

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Fig.6 角度信息、數(shù)字輸出信號的二進制編碼和模擬輸出電壓之間的關(guān)系

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Fig.7 并行輸出信號和串行轉(zhuǎn)換輸出信號

數(shù)字信號在傳輸過程中具有抗噪聲能力強的優(yōu)點。然而,并行輸出的缺點是增加了信號線的數(shù)量,由于串行輸出需要時間通信,所以如果電機旋轉(zhuǎn)運動時,輸出的位置信息可能偏離當(dāng)前位置。模擬信號具有無時延、只需一條信號傳輸線的優(yōu)點,但其缺點是在傳輸過程中容易受到噪聲的影響。如上所述,相對式編碼器和絕對編碼器各有優(yōu)缺點,一定要根據(jù)應(yīng)用情況選擇檢測類型。例如,檢測電機軸或機器人手臂的旋轉(zhuǎn)角度是需要絕對的角度,檢測電機的轉(zhuǎn)子磁極則只需要相對的角度。建議您根據(jù)“檢測目的”來選用增量式編碼器或絕對式編碼器。

總結(jié)

編碼器有兩種方式表示位移和位置信息:相對位置檢測與絕對位置檢測。相對位置的檢測方法為增量式,絕對位置的檢測方法包括絕對式和偽絕對式。相對式和絕對式各有優(yōu)缺點,建議大家根據(jù)“測量目的”正確選用。

審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:《編碼器基礎(chǔ)知識》之增量式與絕對式區(qū)別

文章出處:【微信號:旺材伺服與運動控制,微信公眾號:旺材伺服與運動控制】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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