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拆卸:在一个工业绝对编码器内部

通过李Teschler|2022年4月26日

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如果你去维基百科关于绝对编码器的页面,你会发现这些设备的描述提到了多个编码环,玻璃或塑料磁盘,以及滑动触点的配置,这样每个触点与金属磁盘擦擦的距离是不同的

avtron编码器
拆卸前的Avtron编码器。

转向轴。实际上,你很难找到维基百科中提到的任何这些组件在今天制造的真正的绝对编码器中使用。主要原因是滑动触点、多个编码环和多个光学头组装起来相对复杂,因此价格有点贵。因此,绝对编码器制造商大多采用了一种更简单的配置,包括磁铁和被称为韦根线的特殊传感器。

我们拆除了俄亥俄州克利夫兰的Nidec Avtron自动化公司生产的一个这样的设备。这是一个AV30模型为严格的任务而设计。它的外壳具有IP65等级,包括一套坚固的轴承。它还可以在更大的温度范围内工作。我们的特殊装置每转计算超过8000次,并通过所谓的SSI连接以二进制形式提供位置信息。

SSI连接 如果您不是非常熟悉工业编码器,SSI协议可能对您来说是新的东西。它通常只用于绝对编码器。这是一个串行两线设置,控制器提供时钟脉冲,所以编码器不需要产生时钟。典型的SSI连接有六根线:两根用于时钟信号,两根用于数据,两根用于电源和接地。每当编码器接收到一个时钟脉冲时,它在移位寄存器的输出引脚处放置一个新的数据位。数据流反映二进制12或14位表示一个特定的轴位置,然后重复。

拆卸外壳
该罐包含编码器电子和外部外壳的两部分。从罐头的电缆在外框的后端上的头端终止。

AV-30外壳长约5.5英寸,直径约3英寸。拆卸四个与外壳齐平的修改固定螺钉后,它就会分开。当你拆除外壳时,你看到的可能会让你惊讶:外壳内部基本上是空的。你看到的不是编码器内部,而是另一个较小的金属外壳。因此,外部外壳是有提供对元素的密封和保持编码器轴上的坚固轴承。

wiegand线粪便
韦根导线产生快速的磁化变化,可以通过线圈产生脉冲来感知。

较小的内部外壳连接到编码器轴与固定螺丝。它的直径只有大约一英寸半。该外壳本身安装到外部外壳的方式,允许其前轴附件旋转。小的外壳基本上是一个金属罐,是压适合一个头部包含旋转轴轴承。由于压合连接,金属必须被切断,以显示实际的绝对编码器电子。

外壳内的一个峰可以显示出它也大部分是空的。包含所有电子产品的PCB被塞进外壳前半英寸的地方,还有两个磁铁附在轴上,旋转提供轴的旋转信息。

附件的细节
顶部,两个旋转磁铁附在轴上。下面,磁铁移除。底部,韦根电线和感测线圈在PCB上发现的可以。

像Avtron这样的绝对编码器通常被称为韦根线传感器,因为它们确实使用韦根线感知旋转。维根线实际上是一种特制的维合金线(代表钒铁钴)。这种特殊的制备使它具有硬磁性外壳和软磁性核心。外壳具有很高的抗磁化能力。如果磁铁靠近导线,外壳就会保护内部软芯不受磁场的影响,直到磁场足够大,这时整个导线——包括外壳和内芯——就会迅速切换磁化极性。这个切换只需要几微秒。这种转变被称为韦根效应。

韦根效应的一个重要特征是,每次磁极化反转所产生的能量量是恒定的,完全独立于外部磁场的变化率,即使这种变化率发生得很慢。利用韦根效应的典型方法是把韦根线放在线圈中间,这就是你在Avtron绝对编码器内部的PCB上发现的东西。你会发现两个磁铁附着在旋转轴上产生脉冲。

顶部,位于PCB中心的Melexis芯片和一个可能是ARM CPU的东西。

编码器中旋转的一对磁铁使韦根线传感器轴每转一圈就发出两个脉冲。但你可能想知道,当韦根导线每转一次只产生两个脉冲时,你如何从编码器中得到4096个不同的编码。答案就在印刷电路板的另一边。在电路板的正中间是一个特殊的霍尔传感器ICMelexis在比利时。传统的平面霍尔技术只对正交应用于集成电路表面的磁通密度敏感。但由于在CMOS模具上沉积了一种特殊材料,Melexis芯片对平行于IC表面的磁通密度非常敏感。这允许芯片解码绝对旋转或角度位置从0到360度使用方向分量的通量密度。

我们在编码器板上发现的唯一一个可识别的芯片是一个闪存芯片,可能是用来记录编码器的起始位置的。电路板上还有另一个芯片我们怀疑是ARM处理器的变体,但芯片标记不明确。


了下:传感器提示
标记:avtron,Melexis,常见问题解答

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