SICK施克旋轉編碼器基本簡介

SICK施克旋轉編碼器基本簡介
SICK施克旋轉編碼器工作原理
由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩定信；另每轉輸出一個Z相脈沖以零位參考位。
由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。
編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩定性好，精度高，金屬碼盤以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。
分辨率-編碼器以每旋轉360度多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。
SICK施克旋轉編碼器信輸出
信輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信接收設備接口應與編碼器對應。
信連接-編碼器的脈沖信一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。
如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。
A.B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。
A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。
A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信的連接，在后續的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信，因此其抗干擾能力強，可傳輸較遠的距離。
對于TTL的帶有對稱負信輸出的編碼器，信傳輸距離可達150米。
旋轉編碼器由精密器件構成，故當受到較大的沖擊時，可能會損壞內部功能，使用上應充分注意。
SICK施克旋轉編碼器注意事項
（1）安裝
安裝時不要給軸施加的沖擊。
編碼器軸與機器的連接，應使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷，或造成撥芯現象，因此，要特別注意。
軸承壽命與使用條件有關，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負荷比規定荷重小，可大大延長軸承壽命。
不要將旋轉編碼器進行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時應擦拭干凈。
（2）振動
加在旋轉編碼器上的振動，往往會成為誤脈沖發生的原因。因此，應對設置場所、安裝場所加以注意。每轉發生的脈沖數越多，旋轉槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動的影響。在低速旋轉或停止時，加在軸或本體上的振動使旋轉槽圓盤抖動，可能會發生誤脈沖。
（3）關于配線和連接
誤配線，可能會損壞內部回路，故在配線時應充分注意：
① 配線應在電源OFF狀態下進行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。
② 若配線錯誤，則有時會損壞內部回路，所以配線時應充分注意電源的性等。
3 若和高壓線、動力線并行配線，則有時會受到感應造成誤動作成損壞，所以要分離開另行配線。
④ 延長電線時，應在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長，有問題時，采用施密特回路等對波形進行整形。
⑤ 為了避免感應噪聲等，要盡量用zui短距離配線。向集成電路輸入時，特別需要注意。
6 電線延長時，因導體電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時間加長，容易產生信間的干擾（串音），因此應用電阻小、線間電容低的電線（雙絞線、屏蔽線）。
對于HTL的帶有對稱負信輸出的編碼器，信傳輸距離可達300米
SICK施克旋轉編碼器的原理和特點
旋轉編碼器是集光機電技術于一體的速度位移傳感器。當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，經發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，并被接收元件接收產生初始信。該信經后繼電路理后，輸出脈沖或代碼信。其特點是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩定，可靠使用壽命長等特點。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉時，有相應的相位輸出。其旋轉方向的判別和脈沖數量的增減，需借助后部的判向電路和計數器來實現。其計數起點可任意設定，并可實現多圈的無限累加和測量。還可以把每轉發出一個脈沖的Z信，作為參考機械零位。當脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A，B的兩路信，對原脈沖數進行倍頻。
2、值編碼器
值編碼器軸旋轉器時，有與位置一一對應的代碼（二進制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所的位置，而無需判向電路。它有一個零位代碼，當停電或關機后再開機重新測量時，仍可準確地讀出停電或關機位置地代碼，并準確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型也可實現多圈測量。
3、正弦波編碼器
正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區別在于輸出信是正弦波模擬量信，而不是數字量信。它的出現主要是為了滿足電氣領域的需要－用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統相比的基礎上，人們需要提高動態特性時可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機控制性能，編碼器的反饋信必須能夠大量的脈沖，尤其是在轉速很低的時候，采用傳統的增量式編碼器產生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當電機高速旋轉（6000rpm）時，傳輸和理數字信是困難的。在這種情況下，理給伺服電機的信所需帶寬（例如編碼器每轉脈沖為10000）將很容易地超過MHz門限；而另一方面采用模擬信大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信的內插法，它為旋轉角度了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉1024個正弦波編碼器中，獲得每轉超過1000，000個脈沖。接受此信所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內插倍頻需由二次系統完成。
SICK施克旋轉編碼器輸出信
1、信序列
一般編碼器輸出信除A、B兩相（A、B兩通道的信序列相位差為90度）外，每轉一圈還輸出一個零位脈沖Z。。
當主軸以順時針方向旋轉時，按下圖輸出脈沖，A通道信位于B通道之前；當主軸逆時針旋轉時，A通道信則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉還是反轉。
正弦輸出編碼器輸出的差分信如下圖所示：
、零位信
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編碼器每旋轉一周發一個脈沖，稱之為零位脈沖或標識脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標識位置。要準確測量零位脈沖，不論旋轉方向，零位脈沖均被作為兩個通道的高位組合輸出。由于通道之間的相位差的存在，零位脈沖僅為脈沖長度的一半。
3、預警信
有的編碼器還有報警信輸出，可以對電源故障，發光二管故障進行報警，以便用戶及時更編碼器。
一 NPN/PNP開路集電輸出（NPN/PNP Open Collector）：
zui基本的輸出方式，抗干擾能力差，輸出有效距離短。在旋轉編碼器中用于增量型編碼器輸出，現已較少使用。
傳輸介質：導線，光纖，無線電
高頻特性：佳
右圖為NPN開路集電集輸出。
二 線驅動（TTL/RS422）
對稱的正負信輸出，抗干擾能力強，zui大傳輸距離1000m.
傳輸介質：雙絞線
高頻特性：佳
在旋轉編碼器乃至現今工業控制系統作為電氣連接接口使用非常普遍。
三 推挽輸出（Push-Pull）：
組合了PNP和NPN兩種輸出，對稱的正負信輸出，可以方便地駁接單端接收，抗干擾能力強，（差分接收）；zui大傳輸距離100m。
傳輸介質：雙絞線（差分接收）；導線，光纖，無線電（單端接收）。
高頻特性：好
四 其它：
其它的接口方式還有RS232（C），RS485以及編碼器常用的SSI，各種現場總路線（如Profibus,Devicenet,CANopen等）。
SICK施克旋轉編碼器常用術語
■輸出脈沖數/轉
旋轉編碼器轉一圈所輸出的脈沖數發，對于光學式旋轉編碼器，通常與旋轉編碼器內部的光柵的槽數相同（也可在電路上使輸出脈沖數增加到槽數的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋轉編碼器的主軸旋轉一周，讀出位置數據的zui大等分數。值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當于增量型的“輸出脈沖/轉" 。
■光柵
光學式旋轉編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽；如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條（槽）。槽數少的場合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請注意，不要將沖擊施加于編碼器上。
■zui大響應頻率
是在1秒內能響應的zui大脈沖數
（例：zui大響應頻率為2KHz，即1秒內可響應2000個脈沖）
公式如下
zui大響應轉速（rpm）/60×（脈沖數/轉）=輸出頻率Hz
■zui大響應轉速
是可響應的zui高轉速，在此轉速下發生的脈沖可響應公式如下：
zui大響應頻率（Hz）/ （脈沖數/轉）×60=軸的轉速rpm
■輸出波形
輸出脈沖（信）的波形。
■輸出信相位差
二相輸出時，二個輸出脈沖波形的相對的的時間差。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖
■起動轉矩
使于靜止狀態的編碼器軸旋轉必要的力矩。一般情況下運轉中的力矩要比起動力矩小。
■軸允許負荷
表示可加在軸上的zui大負荷，有徑向和軸向負荷兩種。徑向負荷對于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關；軸向負荷對軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關。這兩個力的大小影響軸的機械壽命
■軸慣性力矩
該值表示旋轉軸的慣量和對轉速變化的阻力
■轉速
該速度指示編碼器的機械載荷限制。如果超出該限制，將對軸承使用壽命產生負面影響，另外信也可能中斷。
■格雷碼
格雷碼是數據，因為是單元距離和循環碼，所以很安全。每步只有一位變化。數據理時，格雷碼須轉化成二進制碼。
■工作電流
指通道允許的負載電流。
■工作溫度
參數表中提到的數據和公差，在此溫度范圍內是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會損壞。當恢復工作溫度又能達到技術規范
■工作電壓