Как классифицируются энкодеры
2025-10-14
Существует много способов классификации энкодеров, которые можно разделить по трем основным параметрам: принцип работы (метод обнаружения) , тип выходного сигнала и физическая структура/метод измерения .
Классификация по принципу действия (методу обнаружения)
Это наиболее распространённый метод классификации, который напрямую делит энкодеры на две категории:
1.Инкрементальный энкодер
Принцип работы: выдаёт импульсный сигнал, соответствующий смещению (обычно двухфазный прямоугольный сигнал, A и B), генерируя один импульс на каждый фиксированный угол поворота. Он предоставляет только информацию об относительном положении.
Особенности:
Поиск нуля при включении питания: после запуска устройство не знает своего текущего положения и должно определить начало координат, найдя фиксированный сигнал нулевого положения фазы Z.
Подсчёт импульсов: информация о положении получается путём накопления импульсов в последующих схемах (таких как ПЛК и счётчики).
Помехоустойчивость: при отключении питания текущая информация о положении теряется. Потеря импульсов из-за помех приводит к накоплению ошибок.
Выходные сигналы: фазы A, B и Z. Импульсы A и B имеют сдвиг фаз 90°, что используется для определения направления вращения (импульс B, опережающий A, указывает на прямое вращение, и наоборот). Фаза Z генерирует один импульс на оборот для позиционирования опорной точки.
Преимущества: простая конструкция, низкая стоимость, быстрое реагирование и высокая помехоустойчивость (касается самого сигнала).
Недостатки: потеря позиции при отключении питания с риском накопления ошибки.
Типичные области применения: измерение скорости, расхода, длины и непрерывное управление движением, когда абсолютное положение не требуется.
- Абсолютный энкодер
Принцип работы: каждое положение соответствует уникальному двоичному коду (обычно коду Грея для предотвращения ошибок). Текущее абсолютное положение можно немедленно считать даже после отключения питания и выключения/включения питания. Особенности:
Уникальные координаты: Угловое положение вала энкодера аналогично «абсолютным координатам», что исключает необходимость в установке в исходное положение.
Отсутствие накопленной погрешности: Информация о положении считывается напрямую, независимо от перебоев питания и помех.
Разрешение (количество бит): Точность выражается в битах. Например, 10-битный абсолютный энкодер имеет 2¹⁰ = 1024 уникальных положения на оборот. Выходной сигнал: Параллельный (несколько линий выводят все биты одновременно, быстро, но с большим количеством линий), последовательный выход (например, SSI, BiSS и Profibus-DP, передаваемые по одной линии данных в соответствии с протоколом) и полевая шина (например, PROFIBUS и EtherCAT, напрямую интегрированные в промышленные сети).
Преимущества: Сохранение положения при отключении питания, отсутствие накопленной погрешности, определение положения при включении питания и высокая надежность.
Недостатки: Сложная конструкция, высокая стоимость и необходимость использования большого количества параллельных выходных кабелей для обеспечения высокого разрешения. Типичные области применения: сочленения роботов, станки с ЧПУ, держатели инструмента револьверных головок, аэрокосмическая промышленность и другие критически важные приложения, требующие абсолютного позиционирования.
Основное различие между инкрементальными и абсолютными энкодерами можно сравнить с «подсчётом шагов» и «чтением дорожных знаков». В случае инкрементальных энкодеров, если вы потеряете счёт сделанных шагов после отключения питания, вам придётся вернуться в исходную точку и снова подсчитать. В случае абсолютных энкодеров взгляд на дорожный знак покажет вам, где вы находитесь, независимо от вашего текущего местоположения.
Классификация по принципу действия (методу обнаружения)
Это наиболее распространённый метод классификации, который напрямую делит энкодеры на две категории:
1.Инкрементальный энкодер
Принцип работы: выдаёт импульсный сигнал, соответствующий смещению (обычно двухфазный прямоугольный сигнал, A и B), генерируя один импульс на каждый фиксированный угол поворота. Он предоставляет только информацию об относительном положении.
Особенности:
Поиск нуля при включении питания: после запуска устройство не знает своего текущего положения и должно определить начало координат, найдя фиксированный сигнал нулевого положения фазы Z.
Подсчёт импульсов: информация о положении получается путём накопления импульсов в последующих схемах (таких как ПЛК и счётчики).
Помехоустойчивость: при отключении питания текущая информация о положении теряется. Потеря импульсов из-за помех приводит к накоплению ошибок.
Выходные сигналы: фазы A, B и Z. Импульсы A и B имеют сдвиг фаз 90°, что используется для определения направления вращения (импульс B, опережающий A, указывает на прямое вращение, и наоборот). Фаза Z генерирует один импульс на оборот для позиционирования опорной точки.
Преимущества: простая конструкция, низкая стоимость, быстрое реагирование и высокая помехоустойчивость (касается самого сигнала).
Недостатки: потеря позиции при отключении питания с риском накопления ошибки.
Типичные области применения: измерение скорости, расхода, длины и непрерывное управление движением, когда
2.Абсолютный энкодер
Принцип работы: каждое положение соответствует уникальному двоичному коду (обычно коду Грея для предотвращения ошибок). Текущее абсолютное положение можно немедленно считать даже после отключения питания и выключения/включения питания. Особенности:
Уникальные координаты: Угловое положение вала энкодера аналогично «абсолютным координатам», что исключает необходимость в установке в исходное положение.
Отсутствие накопленной погрешности: Информация о положении считывается напрямую, независимо от перебоев питания и помех.
Разрешение (количество бит): Точность выражается в битах. Например, 10-битный абсолютный энкодер имеет 2¹⁰ = 1024 уникальных положения на оборот. Выходной сигнал: Параллельный (несколько линий выводят все биты одновременно, быстро, но с большим количеством линий), последовательный выход (например, SSI, BiSS и Profibus-DP, передаваемые по одной линии данных в соответствии с протоколом) и полевая шина (например, PROFIBUS и EtherCAT, напрямую интегрированные в промышленные сети).
Преимущества: Сохранение положения при отключении питания, отсутствие накопленной погрешности, определение положения при включении питания и высокая надежность.
Недостатки: Сложная конструкция, высокая стоимость и необходимость использования большого количества параллельных выходных кабелей для обеспечения высокого разрешения. Типичные области применения: сочленения роботов, станки с ЧПУ, держатели инструмента револьверных головок, аэрокосмическая промышленность и другие критически важные приложения, требующие абсолютного позиционирования.
Основное различие между инкрементальными и абсолютными энкодерами можно сравнить с «подсчётом шагов» и «чтением дорожных знаков». В случае инкрементальных энкодеров, если вы потеряете счёт сделанных шагов после отключения питания, вам придётся вернуться в исходную точку и снова подсчитать. В случае абсолютных энкодеров взгляд на дорожный знак покажет вам, где вы находитесь, независимо от вашего текущего местоположения.
Классификация по физической структуре и методу измерения
1.Угловой энкодер
Используется для измерения угла, скорости и других характеристик вращательного движения.
Валовой тип: энкодер имеет сквозное или глухое отверстие в центре и устанавливается непосредственно на двигатель или вращающийся вал.
Втулочный тип/с глухим отверстием: энкодер имеет собственный подшипник и устанавливается непосредственно на вал двигателя с помощью втулки.
Сервопривод: имеет специальный фланец и упор для идеального соответствия стандартному интерфейсу серводвигателя.
2.Линейный энкодер
Используется для измерения линейного перемещения.
Принцип работы: обычно состоит из основной шкалы (с оптической или магнитной шкалой) и считывающей головки. Считывающая головка перемещается вдоль основной шкалы для определения изменений шкалы.
Преимущества: Высокая точность, прямое измерение линейного перемещения, устранение люфта и ошибок, вызванных преобразованием вращательного движения в линейное.
Область применения: высокоточные станки с ЧПУ, координатно-измерительные машины и фотолитографические станки.
Классификация по технологии внутренних датчиков
Это фундаментальная технология, определяющая производительность и стоимость энкодера.
1.Оптический энкодер
Принцип работы: использует фотоэлектрический принцип. Он состоит из светодиода (LED), кодового диска (с точной маркировкой) и набора фоточувствительных приёмников. При вращении кодового диска свет блокируется или проходит через него, генерируя импульсный сигнал.
Преимущества: Высокая точность, быстрое реагирование и отработанная технология.
Недостатки: Чувствительность к пыли, маслу и вибрации, а также низкая адаптивность к окружающей среде.
2.Магнитный энкодер
Принцип работы: использует магниторезистивный эффект Холла. Он состоит из намагниченного кодового диска (многополюсного магнитного кольца) и магнитного датчика. Вращение кодового диска вызывает изменения в магнитном поле, которые датчик обнаруживает и выдаёт сигнал.
Преимущества: Прочная конструкция, устойчивость к вибрации, воздействию масла и пыли, низкая стоимость и длительный срок службы.
Недостатки: Традиционные магнитные энкодеры, как правило, имеют более низкое разрешение и точность, чем оптические энкодеры (хотя в последние годы магнитные энкодеры высокого разрешения получили быстрое развитие).
3.Емкостный энкодер
Принцип работы: Использует принцип изменения емкости. Он состоит из излучателя, статического приемника и вращающегося кодового диска (модулирующего емкостный сигнал).
Преимущества: Нечувствительность к загрязнению окружающей среды, точность измерения между оптическими и магнитными датчиками и конкурентоспособная цена. Недостатки: Это более новая технология, и ее применение на рынке не так широко, как у двух предыдущих.
