光电编码器是一种极其精密的传感器装置,其核心原理是利用光电转换技术,将输出轴的机械几何位移量转化为脉冲或者数字化信号,主要包括以下四大部分:光源、码盘、光学系统以及相应的电子线路。在众多类型中,我们较为常见的有增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器、旋转变压器以及正余弦伺服电机编码器等等,其中,增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器均属于数字量编码器范畴,而旋转变压器和正余弦伺服电机编码器则属于模拟量编码器类别。
让我们来了解一下增量式编码器。这种编码器的工作方式是将位移量转换为周期性电信号,然后再将此电信号进一步转化为计数脉冲,最终通过计数设备来获取其精确位置。增量式光电编码器的显著特征在于,每当产生一个输出脉冲信号,便代表着一个增量位移的发生,然而,却无法通过输出脉冲信号来区分具体在哪一个位置上发生了增量。它所能产生的脉冲信号与位移增量相等,其主要作用便是提供一种对连续位移量进行离散化或增量化处理,以及对位移变化(速度)进行感知的有效手段。值得注意的是,增量式光电编码器所提供的是相对于某一基准点的相对位置增量,并不能直接检测出轴的绝对位置信息。一般而言,增量式光电编码器会输出A、B两相互差90°电度角的脉冲信号(即所谓的两组正交输出信号),这使得我们可以轻松地判断出旋转方向。此外,还配备有作为参考零位的Z相标志(指示)脉冲信号,当码盘每旋转一周,仅会发出一次标志信号。标志脉冲常被用于指示机械位置或者对累计量进行清零操作。
我们来探讨一下绝对式编码器。这种编码器的独特之处在于,每一个位置都对应着一个特定的数字码,因此,其显示数值仅仅与测量的起始和终止位置相关,而与测量过程中的中间环节无关。其位置信息是由输出代码的读取结果所确定的。当电源断开时,绝对型编码器并不会与实际的位置信息脱节。重新通电之后,位置读数仍然保持不变。绝对编码器能够直接输出高精度的数字量,在码盘上会有多个码道,码道数量即为二进制位数。在每个码道上,均由透光和不透光的扇形区域构成,通过采用光电传感器对信号进行采集。在码盘两侧分别设有光源和光敏元件,这样光敏元件就能根据是否接收到光信号进行电平转换,进而输出二进制数。并且,在不同位置输出的数字码也各不相同。由此可见,绝对位置的检测变得轻而易举。然而,需要指出的是,分辨率是由二进制的位数所决定的,换言之,精度取决于位数。绝对式编码器的优势在于:可以直接读取角度坐标的绝对值,无累积误差,即使电源切断,位置信息也不会丢失。此外,编码器的抗干扰性能和数据可靠性得到了极大提升。
我们来介绍一下混合式绝对值编码器。这种编码器的输出信息包含两部分:一部分用于检测磁极位置,具有绝对信息功能;另一部分则与增量式编码器的输出信息完全相同。
旋转式变压器,亦称旋转变压器,属于一种基于可变耦合原理运行的交流控制电机类别。其输出电压与转子转动角度之间呈现出严格的函数对应关系。这种设备由高性能硅钢叠片及特殊电磁设计的漆包线精心打造而成,相较于采用光电技术的编码器,具备更强的耐热性、抗震性、抗冲击性以及耐油污、耐腐蚀等恶劣工作环境的适应力。
正余弦伺服电机编码器主要由一个带有中心轴的光电码盘组成,其表面刻有环形的明暗条纹,通过光电发射和接收元件进行读取,从而获取四组正弦波信号并将其组合为一体。正余弦伺服电机编码器无需依赖高频通信便能使伺服驱动器获得极高精度的细分功能,这在很大程度上降低了对硬件设施的需求。此外,由于具备单圈角度信号,使得伺服电机能够实现平稳启动,且起动扭矩较大。