什么是绝对值编码器,它和增量式编码器有什么区别

什么是绝对值编码器,它和增量式编码器有什么区别?

      位置传感器可用作绝对或增量设备。本文讨论了两种技术(绝对编码器和增量编码器)的关键区别,并总结了可用的设备。

增量编码器

      增量设备只提供位置变化信息,因此实际位置在启动时未知。每转一次需要定义设备的零点位置,在找零程序中检测到。
      增量设备产生sin/cos信号,其周期等于编码器刻度的螺距。对于干涉型光学编码器,标度间距通常小到20微米。sin/cos信号可以未经处理地输出,但更典型地是经内插以产生分辨率低至纳米级的数字正交信号。
      对于采用增量位置反馈的无刷电机的换相,电机需要三个霍尔传感器来提供粗略的绝对位置信息,以便对磁场进行初步对准。通过执行一个算法来调整转子和定子磁场,可以消除对霍尔的需要。这需要启动时的移动,这有时是不切实际的,特别是对于垂直运动轴。
      增量传感器通常体积小、精度高、性价比高。它们以最小的延迟提供几乎是即时的位置信息。如下图所示一体化步进电机集成1000线增量式编码器,可以在运行过程中可防止步进电机丢步,实现运行速度、当前实际位置实时反馈。

驱动控制、编码器集成式步进电机

单圈绝对编码器

      单圈绝对装置在一圈内或线性行程范围内提供实际的物理位置。电机无刷换相不需要归零,只有当运动范围超过一圈时,旋转应用才需要归零。归零消除是一个主要的优势,因为在机器的整个生命周期中,归零可能会损失大量的生产时间。
      典型的单圈绝对装置产生周期等于一转的sin/cos信号。虽然这提供了绝对信息,但与增量编码器生成的数千个sin/cos周期相比,分辨率是有限的。更常见的是,一个绝对设备在刻度上有两个轨迹-一个用于绝对位置的低分辨率轨迹和一个高分辨率增量轨迹。来自两个磁道的数据组合在一起,通常使用BiSS-C或SSI串行输出(见TN-1057)。
      单圈绝对传感器通常比增量设备更大、更昂贵。多磁道数据处理和串行传输可以增加位置读取的延迟。


多圈绝对


      多圈绝对装置可以实现多圈旋转后依然提供绝对值位置,无需使用时归零。多回转装置包含内部传动装置,是最庞大、最昂贵的解决方案。主要界面为BiSS-C或SSI。对于某些设备,位置读数的延迟可能是一个问题。关于更多关于多圈绝对问题,可以参考:什么是多圈绝对值编码器。

伪绝对值编码器

绝对值编码器
      另一种实现方法是使用带有多个位置编码索引的索引跟踪的增量跟踪。每对索引都由递增轨迹上看到的唯一行数分隔。启动时,必须引起运动,以便检测到两个索引。在这个过程中,会对递增轨道上的行数进行计数。使用查找表可以确定绝对位置。增量装置的小尺寸和成本效益得到保留,但缺点是在确定绝对位置之前需要移动。

编码器速度

      数字增量编码器的响应限于特定的最大输入信号频率。扫描速度提高了输入频率,分辨率也提高了。因此,增量编码器的最大速度必须随着分辨率的增加而降低。绝对编码器通常适应高速和高分辨率,因为位置是根据需要而不是连续确定的。

编码器抖动

      抖动的根本原因是各种类型的电子噪声(Shot、Johnson、Pink)。噪声是一种宽频带的增量编码器,它通过对sin/cos信号进行滤波来降低带宽。折衷降低了最大速度。在绝对编码器中,利用采样位置信息,抖动是与每个采样相关联的不确定性。虽然有些数字滤波是可能的,但不可能有效地限制带宽。对于需要非常稳定位置的高精度应用,增量式编码器可以提供优越的性能。

编码器技术

光学-固有增量绝对形式的光学编码器可包含类似于条形码的唯一编码标度。代码位的数目决定了唯一码的数量,因此决定了最大长度或周长。微型摄像机捕获代码,随后的处理确定绝对位置。这种技术的延迟时间增加了

磁性-磁性编码器还具有内在的增量,因为它可以检测多极对轨道的磁场变化。第二唯一编码磁道类似地被用于提供绝对位置信息。

电容式编码器和光学编码器一样,本质上是递增的。基于对表面波材料的调制以改变电容,绝对实现需要两个调制轨道。

旋转变压器-旋转变压器是一种基于电磁感应原理的绕线装置,其固有的绝对特性产生周期等于一转的sin/cos信号。“多速”旋转变压器每转产生更多的周期来提高分辨率,但设备不再是绝对的。更复杂的版本包括单速绝对绕组和附加多速绕组。已经庞大和沉重的这个解析器实现进一步增加了大小和重量。

IncOder™IncOder基于与旋转变压器相同的感应原理,但使用PCB轨迹而不是物理绕组。本质上是绝对的,incoder技术可以提供来自多个轨道的高分辨率,而无需增加与旋转变压器相关的尺寸和重量。

      目前针对步进电机控制已经有成熟多圈绝对值控制解决方案,如下图的多圈绝对值闭环一体化步进电机,内部集成16位多圈绝对值编码器,在保证高分辨率的同时,具有体积小、信号传输实时性高等特点。

多圈绝对值闭环一体化步进电机

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