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如何选择合适的编码器?

2023/07/04 阅读量:720
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当讨论工业运动控制中有关运动速度、距离和方向以及反馈系统时,必然会涉及到运动控制核心部件——编码器。简而言之,编码器主要是记录运动技术指标并传达运动信号,可用于监测、调节和控制运动状态,从而满足工业设备理想的运动控制需求。


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从定义上讲,编码器(encoder)是将信号(如比特流)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,常应用于各种运动控制场景中,主要功能是将旋转角度、位移及线速度等运动参数转换成电信号输出,作用堪比工业运动控制的“神经中枢”。


编码器种类繁多,按照读出方式可分为接触式和非接触式两种;按照检测原理可分为光学式、磁式、感应式和电容式四种;按照刻度方法及信号输出形式可分为增量式、绝对式以及混合式三种。在增量编码器的情况下,位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的,而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。目前国内应用较多的编码器有:旋变编码器、磁编码器、增量光编码器和绝对值光编码器。


综上所知,编码器如此重要,故而在选择时需综合多方面因素整体考量。澳门人巴黎人6123网站建议选择一款合适的运动控制编码器可从经济成本、可靠性和精度三个维度来全面考核,并根据企业应用的实际需求择优选用。


接下来,针对旋变编码器、磁编码器、增量光编码器和绝对值光编码器这四大类常见编码器,从上述三个维度来重点分析。


01经济成本


在编码器选择中考虑经济成本时,可以分“编码器成本”和“解角成本”两个部分来看。


①编码器成本部分


磁性编码器成本最低,绝对值光编码器成本最高,增量式光编码器和旋变编码器成本居于中等水平。


②解角成本部分


该部分成本最低是磁性编码器和绝对值光编码器,增量式光编码器成本居中,旋变编码器成本最高。据澳门人巴黎人6123网站冀工介绍,目前旋变编码器解角成本在100元人民币左右,如果能降低旋变的解角成本,国内应用旋变编码器的会越来越多。


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磁性编码器简图


从经济成本来看,磁性编码器价格优势明显,单考虑成本因素磁性编码器无疑是最佳选择。近几年,磁性编码器因实现了磁性芯片技术国产化,上游供应链厂商增长较快;加上磁编结构简单,进入门槛相对较低,入局磁编领域的企业数量也大幅增加,磁编市场因此快速发展,技术逐渐稳定。


目前在国产伺服领域,越来越多的企业更倾向于选择磁性编码器以降低伺服系统综合成本。这对如今竞争激烈的伺服市场来说,可在一定程度上缓解企业成本压力。


02可靠性


在许多运动控制应用中,温度、振动和环境污染物是编码器必须应对的重要挑战,所以编码器的可靠性不容忽视。从可靠性来看,旋变编码器水平最高,磁性编码器次之,增量式光编码器和绝对值光编码器则要逊色一些。


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旋变编码器结构图


旋转编码器采用变压器原理测量角度,具有无触点、长寿命、高精度、高可靠性、跟踪速度快、耐高低温、防水、防尘及耐腐蚀性气体、耐振动、强电磁干扰等优势。广泛应用于对可靠性有要求的各种恶劣环境中。


如果企业对编码器的可靠性有极高要求的话,只能选择旋变编码器。


03精度


编码器的精度与运动控制有着密切的联系,精度用于衡量正常情况下实际值和设定值之间可重复的平均偏差的量值。因为绝对值编码器的位置是由数字码确定,利用外部记圈器件可对多个位置进行记录,每个位置具有唯一性,所以绝对值编码器无需记忆、无需参考点,即可测量360°范围内的绝对角度,其分辨率和定位精度最高。


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绝对值光编码器


旋变编码器的细分度由反正切表决定,反正切表做得越细就能实现无限细分。所以,低速状态下旋变编码器的细分度要更好,噪音和抖动比较小,另外定位速度也更快。增量式编码器的输出信号与旋转角度有直接的关系,可用于测量转角位移和转速等,但不能确定绝对位置。


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增量式光编码器


综合来看,绝对值光编码器精度最高、旋变编码器精度次之、增量式光编码器精度中等、磁编码器精度最低。此外,绝对值光编码的精度不会因断电以及其他外部因素干扰而受到影响,其可靠性大幅提高。


如果企业重视编码器的精度,绝对值光编码器无疑是最优选项。


综合以上,可整理如下表格方便整体对比:


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作为运动控制整案定制专家,澳门人巴黎人6123网站自主研发的伺服驱动器,可以驱动以上四种编码器,尤其在旋变编码器的驱动上,有较深入的研究。澳门人巴黎人6123网站0.2-110KW的驱动器可以驱动多级旋变编码器,实现百米长线驱动,这样的旋变解角驱动器亦可实现Canopen Ether-cat profinet 总线控制。

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