艾迪克
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楼主  发表于: 2013-11-23 11:31
旋转编码器的分辨率与精度 旋转编码器的分辨率与精度 关于传感器的分辨率与精度的理解,可以用我们所用的机械三指针式 手表打这样一个比喻:时针的分辨率是小时,分针的分辨率是分,秒针的分辨 率是秒,眼睛反应快的,通过秒针在秒间的空格,我们甚至能分辨至约 0.3 秒, 这是三针式机械指针手表都可以做到的;而精度是什么,就是每个手表对标准 时间的准确性,这是每个手表都不同的,或者在使用的不同时间里都不同的 (越走越快的或越走越慢的),大致在1 秒至30 秒之间。 同样的,在旋转编码器的使用中,分辨率与精度是完全不同的两个概 念。 编码器的分辨率,是指编码器可读取并输出的最小角度变化,对应的 参数有:每转刻线数(line)、每转脉冲数(PPR)、最小步距(Step)、位 (Bit)等。 编码器的精度,是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确 度,对应的参数是角分(′)、角秒(〃)。 分辨率:线(line),就是编码器的码盘的光学刻线,如果编码器是 直接方波输出的,它就是每转脉冲数(PPR)了(图1), 但如果是正余弦 (sin/cos)信号输出的,是可以通过信号模拟量变化电子细分,获得更多的方 波脉冲PPR 输出(图2),编码器的方波输出有A 相与B 相,A 相与B 相差1/4 个脉冲周期,通过上升沿与下降沿的判断,就可以获得1/4 脉冲周期的变化步 距(4 倍频),这就是最小测量步距(Step)了,所以,严格地讲,最小测量 步距就是编码器的分辨率。 例如,德国海德汉的ROD426 的3600 线编码器,方 波输出,就是3600ppr,脉冲周期0.1 度,通过A 相B 相4 倍频后,可获得 0.025 度的测量步距;而其海德汉提供的精度参数为18 角秒(0.005 度)。 分 辨率数值大于精度数值。 如果是德国海德汉的 ROD486 的3600 线的正余弦信号输出,可进行25 倍的电子细分,获得90000 的脉冲(ppr),0.004 度的脉冲周期,通过A/B 相 的四倍频,可获得0.001 度最小测量步距的分辨率,而海德汉提供的原始编码 器的精度还是18 角秒(0.005 度),(不含细分误差)。 分辨率数值小于精度 数值。 在以通讯数据输出型的编码器或绝对值编码器,其输出的分辨率是以 多少'位'来表达,即2 的幂次方的圆周分割度。 所以,旋转编码器的分辨率可以用'线line”,每转脉冲数PPR, 或'步距Step'分别来表述。用线来表述,可能还可以再细分的,而有一些' 17位'的编码器,实际是针对步距的,已经细分好了的。 一个3600线的 编码器,分辨率也完全有可能优于一个'17位'的已经细分好的编码器。 绝对脉冲编码器:APC 增量脉冲编码器:SPC 两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件. 旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。 技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输 出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组相位 差90 度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。 增量型编码器与绝对型编码器的区分 编码器如以信号原理来分,有增量型编码器,绝对型编码器。 增量型编码器 (旋转型) 工作原理: 由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射 和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90 度相位差(相对于一个周波为360 度),将C、D 信号反向,叠加在A、B 两相 上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z 相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B 两相相差90 度,可通过比较A 相在前还是B 相在前,以判 别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很 薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎, 但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数 量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率-编码器以每旋转360 度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也 称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000 线。 信号输出: 信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路 (PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL 为长线差分驱动(对称A,A-;B,B- ;Z,Z-),HTL 也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码 器对应。 信号连接-编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC 和 计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。 如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。 A.B 两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z 三相联接,用于带参考位修正的位置测量。 A、A-,B、B-,Z、Z-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电 缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。 对于 TTL 的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达 150 米。 对于 HTL 的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达 300 米。以上信息对传感器编码器选型有一定的帮助。