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编码器分辨率什么时候以位指定,这告诉我们什么?

通过丹尼尔•柯林斯|2021年1月7日,

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绝对编码器-无论是旋转或线性-通过为编码器上的每个位置分配一个唯一的值来跟踪轴的位置,因此无论被测量的轴位于哪里,它的确切位置都可以确定。而且因为每个位置都是唯一标识的,即使编码器已经关机并重新启动,这也是成立的——不需要在开机时重新放置编码器以确定其位置。

对于大多数绝对旋转编码器,决议是用什么来定义的位,或二元词。编码器盘的圆周上有同心圆轨迹(以及相应数量的传感器——每个轨迹对应一个),每个轨迹代表一个分辨率。

要将分辨率的位数转换为编码器在每次轴转时可以检测到的位置数,只需将数字2的位数次方即可。例如,一个8位编码器将能够测量256个位置为每个轴转(28),一个16位编码器将能够测量65,536个位置每转(216).

编码器分辨率的位
编码器磁盘上的每个同心磁道代表一位分辨率。请注意,从磁盘内部开始的每个磁道,其明暗带的数量是前一个磁道的两倍。这里显示的编码器有4个轨道,所以有4位分辨率,可以测量16个位置(24),用于编码器的每次旋转。
图片来源:US Digital

但是如果编码器在测量过程中进行了不止一次的旋转呢?绝对旋转编码器的基本类型——如上所述——称为单转编码器,它使用一个编码盘。虽然单转编码器可以在编码器一圈内跟踪轴的位置,但位置值会随着每一圈重复,编码器无法确定完成了多少圈。因此,像绕线和输送这样的应用——在一个方向上连续移动——或者在改变方向之前需要一个很长的行程,通常会超过一个编码器转弯,因此,失去跟踪绝对位置的能力。

另一种类型的绝对旋转编码器-称为多转编码器-不仅可以跟踪一圈内的位置,还可以跟踪编码器的转数,直到4096转在典型的设计。多转编码器有几种变体,包括使用齿轮连接多个磁盘的编码器和使用电子计数器跟踪转弯数的编码器。对于那些使用多个齿轮传动的磁盘,编码器的总分辨率是所有磁盘分辨率的总和。因此,一个具有10位分辨率的主盘和8位输出的副盘的多转编码器的总分辨率为18位,将能够测量262,144个独特位置值(218).

编码器分辨率的位
一些多转编码器使用由齿轮连接的多个编码器盘。
图片来源:Nidec

二进制与格雷码

格雷码
注意,从步骤3到步骤4,二进制代码中的三个数字同时改变。然而,在格雷码中,每次只有一个数字改变。

编码器输出通过并行或串行接口(另一个传输选项是通过总线接口),输出通常以二进制代码的修改形式给出,称为Gray代码。标准二进制码由一系列1和0组成,它们随编码器的每个位置或步长而变化。但这给数据传输带来了一个问题,因为有些步骤涉及到不止一位数字的变化。

例如,从步骤3到步骤4,二进制代码从0011变化到0100,有三位数字变化状态。数字改变,因为它是不可能在完全相同的时间,编码器可以读前两个数字在一个州,但当它读取第三和第四位,国家可能会再次改变,混合和不正确的阅读位置。格雷代码通过在每一步只改变一个数字来避免这个问题。


绝对线性编码器

绝对线性编码器还要为每个位置分配一个惟一的值,但是在本例中,这个值是由沿着线性比例的代码模式决定的。由编码器的读头检测到的测量单元按特定的模式排列,以提供指示编码器长度上位置的二进制代码。因此,分辨率通常由编码器可以测量的最小距离给出——以微米(μm)或纳米(nm)为单位——而不是以比特为单位。

玻璃比例线性编码器
对于绝对线性编码器,线性比例尺上的模式表示比例尺上每个唯一位置的值。
图片来源:Heidenhain

了下:线性运动技巧


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