倍加福编码器的详细工作原理

倍加福编码器的详细工作原理
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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,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，衰减小，抗干扰佳，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。
编码器的定义与功能：
在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码按一定的规律编排，例如8421码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数字或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换成为二进制码。如果一个编码器有N个输入端和n个输出端，则输出端与输入端之间应满足关系N≤2n。 例如8线—3线编码器和10线—4线编码器分别有8输入、3位二进制码输出和10输入、4位二进制码输出。
1.4线—2线编码器
下面分析4输入、2位二进制输出的编码器的工作原理。4线—2线编码器的功能如表5.2.1所示。
根据逻辑表达式画出逻辑图如图5.2.1所示。该逻辑电路可以实现如表5.2.1所示的功能，即当I0～I3中某一个输入为1，输出 Y1Y0即为相对应的代码，例如当I1为1时，Y1Y0为01。这里还有一个问题请读者注意。当I0为1，I1～I3都为0和I0～I3均为0时Y1Y0 都是00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。当然，编码器也可以设计为低电平有效。
2.键盘输入8421BCD码编码器：
计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成。图5.2.2是用十个按键和门电路组成的8421码编码器，其功能如表5.2.2所示， 其中S0～S9代表十个按键，即对应十进制数0～9的输入键，它们对应的输出代码正好是8421BCD码，同时也把它们作为逻辑变量，ABCD 为输出代码(A为高位)，GS为控制使能标志。
对功能表和逻辑电路进行分析，都可得知：①该编码器为输入低电平有效；②在按下S0～S9中任意一个键时,即输入信号中有一个为有效电平时，GS＝1，代表有信号输入，而只有S0～S9均为高电平时GS＝0，代表无信号输入,此时的输出代码0000为无效代码。由此解决了前面提出的如何区分两种情况下输出都是全0的问题。
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1”还是"0”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。
隔离措施：隔离是破坏干扰途径、切断耦合通道，从而达到抑制干扰的一种技术措施。编码器工作电源如果选择 DC/DC 隔离电源，主要使用在供电电源系统有很多同时在工作的器件，现场出现较为严重干扰的情况。增量信号接收的光电耦合器隔离，应用于增量脉冲信号的接收单元电路中。光电耦合器是一种电光电耦合器件,它的输入量是电流，输出量也是电流，但是输入、输出之间从电气上看却是绝缘的。保证了输入回路和输出回路的电气隔离第二步：编码器安装的绝缘隔离：在有大型电机和变频器的场合下，如果碰到有干扰问题，那很有可能是遇见电机外壳“交流漏电”了。电动机本身同时也是一个发电机，在启动的瞬间，电机动力与“发电”反电动势是不平衡的，这种不平衡使电机产生加速运动，但这种不平衡也有可能会在电机外壳上产生瞬间的交流漏电，我们在检查电机外壳的接地只是静态测得的电阻量，无法确定在电机启动的瞬间能够有很好的交流导通接地。在这种情况下，建议编码器外壳（包括编码器的转轴）要与电机外壳绝缘隔离。
第三步：编码器电源：选择具有宽工作电源与信号短路保护的编码器，很多的编码器干扰来自于其供电电源的波动，和电源 0V 基准的破坏。要避免此类干扰情况的出现，现场的编码器应由特定的工作电源独立供电，并且在输出功率选择上需做到足够大（编码器标示功耗的2倍以上）；同时，选择的编码器应具有宽工作电压，例如 9～30Vdc 甚至 5～30Vdc 的工作电压，这表明编码器内部电路对工作电源的设计，已经考虑了输入电源的降压稳压滤波，有较好的电源抗波动性干扰的性能；另外，在选择编码器时，需考虑信号对电源的短路保护（信号线对电源的正负极短接不会“烧”坏编码器），就是说编码器设计中已经对信号的 0V 基准波动有了过滤或截断设计。
第四步：信号电缆选择，选择专业的编码器双绞屏蔽电缆，不仅仅是编码器内部电路的保护，编码器自带的用于输出信号的信号传输电缆，以及外接的加长信号电缆，都应选用编码器信号的双绞屏蔽电缆，并且电缆需要有超细的高密度高导通性的金属细线编织成的屏蔽保护层，可以吸收外部辐射的高频电磁场变化，从而起到屏蔽保护的作用第五步：反向通道：反向通道是为了提高信号的传输距离，额外地输出 A、B 和 Z 通道的反相信号。这种传送标准特性符合 RS422 接口，并且推挽式输出也可以自选反相输出。
第六步：增量编码器的信号选择，应选择具有反相通道的输出信号（HTL-G6)，一方面，具备 9～30V 的宽电源与极性、短路保护功能的编码器不易损坏；另一方面由于干扰源对于编码器正反相的信号的干扰作用相当，干扰在编码器接收设备中可抵消，此类增量编码器信号传递可达到无干扰传输，传递也更远电缆可达到 200米，依据电缆、现场情况与信号频率。
第七步：电磁屏蔽，电磁屏蔽也是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象不是电场，而是高频（ 40KHz 以上）磁场。干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面感应出同频率的电涡流，从而消耗了高频干扰的能量，使电磁屏蔽层内部的电路免受高频干扰磁场的影响。
第八步：静电屏蔽，静电屏蔽就是用铜或铝等导电性能良好的金属为材料制作成封闭的金属外壳，并与地线连接，把需要屏蔽的编码器电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路。反过来，编码器内部电路产生的电信号也无法外逸去影响外部电路。静电屏蔽不但能够防止静电干扰，也一样能防止交变电场的干扰，所以许多仪器的外壳用导电材料制作并且接地。