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軸角編碼器

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軸角編碼器是將轉軸的角位移或直線位移的模擬量轉變成數(shù)字量輸出的一種軸角（位）－數(shù)字轉換器

中文名 軸角編碼器 類    型 數(shù)字轉換器 分    類 電機式、電機式 結    構 一系列同心圓的軌道組成

目錄

1 簡介

2 結構

3 分類

? 電機式軸角編碼器

? 機械式軸角編碼器

? 光電式軸角編碼器

? 磁性式軸角編碼器

簡介編輯

將轉軸的角位移或直線位移的模擬量轉變成數(shù)字量輸出的一種軸角（位）－數(shù)字轉換器。編碼器的數(shù)字輸出與軸角(位)成某種涵數(shù)關系，通常有線性、正弦、余弦、正切、指數(shù)和對數(shù)等函數(shù)形式。

編碼器不僅能作為角度（或位移）傳感用，還可以作速度傳感用。后者不再叫做軸角編碼器而稱為速度編碼器。編碼器可根據碼盤的結構完成多種功能。

結構編輯

編碼器的碼盤是由一系列同心圓的軌道組成。每層軌道以從外向里按軸位代碼的二進制的權分割成等距的區(qū)段，外層軌道為低位,內層軌道為最高位。圖1為二進制碼盤的圖形。二進制碼優(yōu)點是可直接進入計算機工作，但它在交界面上會出現(xiàn)錯讀，并且隨著碼盤輸出值的增加，讀數(shù)誤差也伴隨增大。例如在圖1中，0與15的交界面上，由于工藝和裝配的因素可能讀成1111或0000以外，任何數(shù)字都可出現(xiàn)，即發(fā)生非單值性，這就產生讀數(shù)誤差。克服這個缺點可采用循環(huán)二進制碼（圖2），又稱格雷碼。循環(huán)碼在結構上一個很大優(yōu)點是低位區(qū)段的長度比二進制碼區(qū)段長度大一倍，即在同樣條件下，循環(huán)碼盤的精度比二進制碼盤高一倍，或者在相同精度和工藝條件下，循環(huán)碼盤直徑要小一半。循環(huán)碼缺點是須經過譯碼器變換后才能接入計算機工作。二進制碼盤的非單值性讀出在實際應用中還有其他方法來解決。除采用上述兩種碼制外，還有二-十進制碼，又稱BCD碼。由于增量編碼器比決對編碼器使用碼盤軌道少，這樣，它的導線數(shù)、滑環(huán)數(shù)、讀出器、電路和顯示元件保持低，使得系統(tǒng)可靠性增大，成本降低。因此，現(xiàn)代系統(tǒng)多傾向采用增量編碼器。增量編碼器主要缺點是測量僅相對于一個固定點，假如這個點有誤差，整個系統(tǒng)受損害。另一個問題是當電源出現(xiàn)故障時，常常導致數(shù)據丟失，須使用輔助數(shù)據記憶技術，以防止丟失。

編碼器需要與譯碼器、邏輯電路、計數(shù)器和顯示器等共同組成一個測量或指示儀表。由于數(shù)字儀表精度(±0.1~±0.0001%)比模擬儀表精度(±0.1～±5%)高，可靠性好，已廣泛應用在控制系統(tǒng)中作位置和速度的檢測以及反饋，取代其他模擬或數(shù)字傳感元件。

分類編輯

軸角編碼器有電機、機械、光電、磁性等形式。電機式是由旋轉變壓器（或自整角電機）和解碼網絡等電路構成；而機械式、光電式和磁性式是由碼拾取器（碼盤和敏感元件）及編碼電路構成，它們之間的區(qū)別是碼拾取器方式不同。

軸角編碼器按使用分為決對編碼器和增量編碼器兩種。決對編碼器給出某些額的的角度量的數(shù)據。它需要一個二-十進制的邏輯電路,最普通電路是以與門電路為基礎。由這種編碼器構成的儀表瞬時位置是決對的，在軍事上應用較多，如雷達天線位置的指示等。增量編碼器給出角度量是通過某些固定參考點來表示，它需要一個較高速度且能周期復位的脈沖計數(shù)器，這種編碼器在工業(yè)上應用廣泛。

電機式軸角編碼器

其原理見圖3。圖中下半部旋轉變壓器將軸角θ變成兩相電壓模擬信號。正弦模擬信號為

U1=Umsinθsinωt

它直接接到比較器上。余弦模擬信號是作為參考電壓用，經解碼網絡后得到電壓為

U2=Umcosθsinωt·D

也加到比較器上,從而引入一個輸出量D。當系統(tǒng)平衡時，由U1=U2可以得到

D=tgθ

由此式看出，轉角θ與數(shù)字量D已聯(lián)系起來，不過D寄存器的數(shù)字量不直接表示轉角θ，而是轉角θ的正切函數(shù)。這種編碼器也可以用自整角電機來替代旋轉變壓器，這時只需將自整角電機三相輸出通過兩個特殊的變壓器變換成正弦和余弦輸出。

電機式編碼器的實際組成比圖3的原理圖要復雜得多。這類編碼器的特點是，采用閉環(huán)系統(tǒng)，不受閉環(huán)內部的參數(shù)變化的影響。換句話說，既不受脈沖源頻率不穩(wěn)和波形等變化的影響，也不受交流電壓的幅值大小和頻率波動的影響。這種編碼器信號幅度大，可靠性好。其精度主要取決于電機角誤差及解碼網絡位數(shù)和比較器的鑒別力。

70年代,由兩極旋轉變壓器構成軸角編碼為12位(比特),而雙通道旋轉變壓器的軸角編碼精度達17位。若采用感應同步器取代旋轉變壓器，則精度更高。

機械式軸角編碼器

以接觸碼盤為基礎的模－數(shù)轉換器。五、六十年代得到廣泛應用。它的碼拾取器主要是由碼盤和電刷組成。碼盤采用照相腐蝕制成導電區(qū)段（圖1上黑色部分是導電區(qū)段）,之間用絕緣區(qū)段（白色部分）隔開，全部導電區(qū)段短接，最里層是公共端。圖1中碼盤共5個軌道，每軌道上均放置電刷，由導線與編碼電路溝通。其精度一般為10～12位,*軸角速度約500轉/分，壽命超過25×106轉。

光電式軸角編碼器

以光學碼盤為基礎的模－數(shù)轉換器。光電式編碼器有光學碼盤(可動光盤、靜止光片)、光源和光電變換器等基本部分。光學碼盤是用玻璃、塑料或金屬制成的薄片，其上帶有透光或不透光的條紋。對一般要求的光電編碼器，其光學碼盤只需可動光盤就可；分辨率高的編碼器，其光學碼盤是由可動光盤和靜止光片組成。靜止光片用以通過或阻擋光源與光電變換器之間的光線，也可以與可動光盤組成干涉光產生疊柵條紋。光源是白熾燈、發(fā)光二極管或光導纖維傳導的光。目前，主要用發(fā)光二極管。光電變換器一般采用光敏元件組成。常用硅型器件可制成光敏二極管、三極管或光電池。為了方便使用，往往將光源與光電變換器組成一體，其間隙剛好放置可動光盤。光電式編碼器，適應性強，其精度可達21位以上，轉速達5000轉/分，壽命為109轉。雖然成本較高,但應用廣泛，特別是在空間技術領域。

磁性式軸角編碼器

采用磁飽和原理實行編碼。碼盤由含鐵素材料制成，并在上面按代碼進行磁化而形成區(qū)段；檢測器是軟磁環(huán)形體，有兩個繞組，一個作勵磁，另一個作讀取輸出。當檢測器環(huán)形體處于磁化區(qū)域，因磁化飽和產生低輸出；當檢測器環(huán)形體處于非磁化區(qū)域，因磁化不飽和而產生高輸出。其精度一般為8位,轉速高達10000轉/分以上，壽命為6×109轉。

直銷HUBNER編碼器HOG9D400I700000936685

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該批車輛將用于更換芝加哥地鐵線上的舊車，占到芝加哥地鐵全部運營車輛的一半。據了解，該項目啟動后，中國中車將在芝加哥當?shù)亟◤S，負責車輛的總組裝。車輛設計方面，將按照美國標準進行設計，并適應芝加哥地鐵小曲線、高架及嚴寒等特殊的運營環(huán)境。