Инкрементальные энкодеры: принцип работы, типы и применение

Что такое инкрементальный энкодер. Как работает инкрементальный энкодер. Какие бывают типы инкрементальных энкодеров. Где применяются инкрементальные энкодеры. Какие преимущества у инкрементальных энкодеров.

Что такое инкрементальный энкодер и как он работает

Инкрементальный энкодер — это устройство, которое преобразует угловое перемещение вала в последовательность электрических импульсов. Основными компонентами инкрементального энкодера являются:

• Кодовый диск с прорезями или метками
• Источник света (для оптических энкодеров)
• Фотоприемники
• Электронная схема обработки сигналов

Принцип работы инкрементального энкодера заключается в следующем:

1. При вращении вала энкодера кодовый диск также вращается
2. Свет проходит через прорези диска или отражается от меток
3. Фотоприемники регистрируют световые импульсы
4. Электронная схема преобразует световые импульсы в электрические сигналы
5. На выходе формируются импульсные последовательности, количество которых пропорционально углу поворота вала

Таким образом, инкрементальный энкодер позволяет определять относительное угловое положение, направление и скорость вращения вала.

Основные типы инкрементальных энкодеров

По принципу действия различают следующие основные типы инкрементальных энкодеров:

Оптические энкодеры

В оптических энкодерах используется кодовый диск с прорезями и оптопара «светодиод-фотодиод». Свет от светодиода проходит через прорези диска и попадает на фотодиод, формируя световые импульсы.

Магнитные энкодеры

Магнитные энкодеры содержат намагниченный диск и датчики Холла. При вращении диска датчики регистрируют изменения магнитного поля и формируют импульсные сигналы.

Емкостные энкодеры

В емкостных энкодерах используется металлический диск особой формы, который при вращении изменяет емкость между обкладками конденсатора. Это изменение преобразуется в импульсные сигналы.

Выходные сигналы инкрементальных энкодеров

Выходной сигнал инкрементального энкодера обычно представляет собой два прямоугольных импульсных сигнала, сдвинутых по фазе на 90°:

• Канал A — основная импульсная последовательность
• Канал B — импульсная последовательность, сдвинутая на 90° относительно канала A

Такая двухканальная схема позволяет определять не только угол поворота, но и направление вращения. Дополнительно может быть предусмотрен третий канал — индексный импульс Z, формируемый один раз за оборот.

Основные параметры инкрементальных энкодеров

При выборе инкрементального энкодера следует учитывать следующие ключевые параметры:

Разрешение

Разрешение определяет минимальный угол поворота, который может зафиксировать энкодер. Измеряется в импульсах на оборот (PPR). Типичные значения от 100 до 10000 PPR.

Максимальная частота следования импульсов

Этот параметр ограничивает максимальную скорость вращения вала энкодера. Измеряется в кГц. Современные энкодеры обеспечивают частоты до 1 МГц.

Тип выходного сигнала

Наиболее распространены следующие типы выходных сигналов:

• TTL (5В)
• HTL (10-30В)
• Дифференциальный сигнал (RS-422)
• Синусоидальный сигнал (1Vpp)

Преимущества и недостатки инкрементальных энкодеров

Рассмотрим основные плюсы и минусы инкрементальных энкодеров:

Преимущества:

• Простая конструкция
• Низкая стоимость
• Высокое разрешение
• Широкий диапазон скоростей
• Легкость интерфейса с системами управления

Недостатки:

• Необходимость начальной установки нулевого положения
• Потеря информации о положении при сбоях питания
• Чувствительность к помехам и вибрациям
• Ограниченный срок службы подшипников

Области применения инкрементальных энкодеров

Инкрементальные энкодеры широко используются в различных отраслях промышленности и техники, в том числе:

• Станки с ЧПУ
• Промышленные роботы
• Конвейерные системы
• Лифты и подъемники
• Антенные системы
• Медицинское оборудование
• Измерительные приборы
• Автомобильная электроника

Сравнение инкрементальных и абсолютных энкодеров

В отличие от инкрементальных, абсолютные энкодеры выдают уникальный код для каждого углового положения вала. Основные различия между ними:

Инкрементальные энкодеры:

• Выдают относительное перемещение
• Требуют начальной установки нуля
• Более простые и дешевые
• Обеспечивают более высокое разрешение

Абсолютные энкодеры:

• Выдают абсолютное положение вала
• Сохраняют положение при отключении питания
• Более сложные и дорогие
• Имеют ограниченное разрешение

Выбор между инкрементальным и абсолютным энкодером зависит от конкретных требований приложения.

Как выбрать инкрементальный энкодер

При выборе инкрементального энкодера следует учитывать следующие факторы:

1. Требуемое разрешение и точность
2. Максимальная рабочая скорость
3. Тип выходного сигнала
4. Механическое исполнение (диаметр вала, тип крепления)
5. Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
6. Степень защиты (IP)
7. Совместимость с системой управления
8. Стоимость

Правильный выбор энкодера обеспечит надежную и точную работу системы управления движением.

что это, принцип работы, применение

Аналоги мировых брендов. Подробнее>>

Содержание:

• Применяемые технологии
• Выходной сигнал
• Основные параметры
• Когда применяют инкрементальные энкодеры
• Области применения

Инкрементальные энкодеры, в отличие от абсолютных, выдают информацию о положении относительно положения в предыдущий момент времени. После включения питания вся информация о предыдущих перемещениях пропадает и положение вала становится неопределённым. Как правило в таком случае механизм приходится перемещать в некоторое известное положение для того чтобы информация о положении снова стала актуальной.

Применяемые технологии

Работа современных энкодеров базируется на использовании определенных физических принципов, основными из которых являются магнитный, ёмкостной и оптический. Для определения положения объекта ёмкостной принцип предполагает использование изменений электрического поля, магнитный – изменений магнитного поля, оптический – изменений пучков света.

Оптические

Оптические датчики угла поворота используют изменения световых пучков, происходящие во время кругового движения кодового диска, с которым взаимодействуют пучки света. Работа оптических энкодеров основана на двух схемах: пропускательной и отражательной.

В случае пропускательной схемы световые пучки попадают на фотоприемники после прохождения через узкие отверстия в кодовом диске.

При отражательной схеме на кодовом диске происходит чередование зеркальных и рассеивающих участков. Отражающийся от зеркальных участков свет, попадает в приёмник оптического излучения.

Кодовый диск инкрементного энкодера (слева) и абсолютного энкодера (справа)

Магнитные

Магнитные энкодеры для работы используют изменения магнитного поля, которые происходят во время кругового движения кодового диска. В зависимости от способа измерения изменений, магнитные датчики углов поворота делятся на следующие виды:

• индуктивные – изменения, происходящие с магнитным полем, измеряются по изменениям взаимной индуктивности обмоток, находящихся на неподвижной и вращающейся части энкодера;
• магнитно-резистивные
  – в таких датчиках в качестве чувствительного элемента используются материалы, которые в магнитном поле изменяют свое сопротивление;
• на датчиках Холла – изменения магнитного поля оцениваются с помощью датчиков на эффекте Холла.

Ёмкостные

Принцип действия базируется на оценке изменений электрического поля, которые происходят при круговом движении кодового диска специальной конфигурации. Изменения емкости конденсатора, образованные вращающимся кодовым диском и обкладками на неподвижной части энкодера, является основанием для оценки электрического поля.

Выходной сигнал

Выходной сигнал инкрементального энкодера чаще всего представляет собой 2 импульсных сигнала со скважностью 50% сдвинутых  относительно друг друга на 90°. Сигналы с этих двух каналов (квадратура выхода (обычно A и B)) позволяют определить направление вращения энкодера и величину углового перемещения. Направление вращения определяется опережением или отставанием импульсов одного из каналов относительно второго канала. Величина перемещения определяется по количеству импульсов на этих двух каналах.  Для обработки выходного сигнала применяются специализированные счётчики импульсов, либо отдельно стоящие либо интегрированные в микропроцессоры , микроконтроллеры или ПЛК.

В зависимости от способа обработки сигнала с энкодера можно  получать информацию о положении или о скорости. Такая гибкость позволяет широко применять энкодеры в современных системах автоматического управления в качестве датчиков обратной связи по обоим этим величинам.

В ряде случаев энкодер оснащается третьим каналом – индексным (обозначают I или Z). Импульс на нём появляется один раз за полный оборот энкодера. Этот импульс позволяет контролировать показания с каналов A и B, а также облегчает привязку показаний инкрементального энкодера к реальному положению механизма.

Основные параметры

Разрешение

Разрешение инкрементального энкодера определяет какое минимальное перемещение вала датчика приводит к изменению сигнала на выходе датчика. У всех инкрементальных энкодеров разрешение приводится в полных циклах на один оборот. Под одним полным циклом подразумевается полный цикл измерения сигналов на двух основных каналах энкодера (A и B). При обработке сигнала инкрементального энкодера часто пользуются подсчётом импульсов «с учетверением». В этом случае подсчитывается каждый фронт (передний и задний) по обоим основным каналам энкодера A и B. Легко видеть что за время полного цикла таких фронтов будет 4 – 2 по каналу A и 2 по каналу B. Таким образом при такой обработке количество отсчётов на один оборот энкодера будет в 4 раза больше чем разрешение указанное в полных циклах.

Интерфейс

Все инкрементальные энкодеры имеют интерфейс в виде двух импульсных сигналов, а некоторые имеют и дополнительный индексный канал. Отличия могут заключаться в напряжении импульсных сигналов и в наличии дифференциального выхода (драйвера линии).

Импульсный сигнал формируемый на выходе инкрементального энкодера  принимает 2 значения – максимальное и минимальное. Минимальное значение в большинстве случаев соответствует нулю. Максимальное значение может быть или фиксированным (напр. 3,3 В, 5 В) так и зависеть от напряжения питания поданного на энкодер (например на 1В или на 2 В меньше напряжения питания).

По способу формирования выходного сигнала можно выделить энкодеры:

• с несимметричным выходом
• с дифференциальным выходом (с драйвером линии).

В случае несимметричного выхода сигналы всех трёх импульсных каналов формируются относительно общей точки источника питания (0 источника питания). Такой сигнал достаточно прост при использовании и экономичен с точки зрения числа подключаемых проводов, однако уязвим для электромагнитных помех в случае передачи по проводам значительной длины. Сигнал энкодеров с дифференциальным выходом лишён этого недостатка. Для каждого канала при помощи специального формирователя вместо одного сигнала формируется пара сигналов – нормальный и логически инверсный,  а соответствующий приёмник принимает сигнал по разности этой пары сигналов. Это позволяет устойчиво передавать сигнал по длинным проводам (десятки и сотни метров) даже при наличии помех.

Скорость вращения

Важным параметром о котором не следует забывать является максимальная скорость вращения при которой происходит корректная выдача выходного сигнала. Именно от него зависит можно ли будет установить инкрементальный энкодер на валу скоростных бесколлекторных двигателей или же его можно будет использовать только на выходе мотор-редукторов и сравнительно медленных моментных двигателей.

Когда применяют инкрементальные энкодеры

Вопрос о том какие энкодеры предпочтительней применить в той или иной системе неразрывно связан с требованиями, предъявляемыми к ней. Если сразу после подачи питания на систему датчик должен выдавать правильное положение, то тогда лучше применить абсолютный энкодер. А если после старта допускается период подготовки системы к работе когда можно провести вывод механизма в нулевое положение, то тогда можно применять инкрементальный энкодер.

Инкрементные энкодеры имеют более простую конструкцию, поэтому среди них можно найти модели очень компактных размеров, недостижимых для абсолютных датчиков. Этим определяется применение инкрементных энкодеров в малогабаритных системах.

Если энкодер используется только для определения скорости вращения механизма, то для выполнения этой функции достаточно инкрементного энкодера.

Области применения

Инкрементальные энкодеры являются одним из самых распространённых датчиков в современных сложных технических системах. Вот лишь некоторые примеры:

• Медицинская техника
• Автоматизированное тестовое и диагностическое оборудование
• Самодвижущиеся роботоподобные устройства
• Системы контроля доступа

Поделиться:

Нельзя добавить товар к сравнению. Вы уже добавили к сравнению товар из категории « XXX». Очистите список сравнения и попробуйте ещё раз.

Товар успешно добавлен в корзину

Инкрементальные энкодеры | SICK

Инкрементальные энкодеры | SICK

• Главная
• Портфолио продуктов
• Энкодеры
• Инкрементальные энкодеры

• Главная
• Портфолио продуктов
• Энкодеры
• Инкрементальные энкодеры

Инкрементальные энкодеры от SICK: универсальные, компактные и надежные

Инкрементальные энкодеры служат для определения положения вала, скорости, угловой скорости. Разрешение определяется количеством штрихов или импульсов на один оборот, которые энкодер передает в систему управления за каждый оборот. Текущее положение может быть определено системой управления путем подсчета этих импульсов. При включении машины может потребоваться настройка по базовым координатам.

Фильтровать по:

Группа серии

— Датчики вращения системы обратной связи двигателей инкрементальные с коммутацией (1) Инкрементальные энкодеры (9)

Механическая адаптация

— Полый вал (9) Сплошной вал (7)

Механическое исполнение

— Глухой полый вал (8) По спецификации заказчика (1) Сквозной полый вал (6) Сквозной полый вал, зажим сзади (2) Сквозной полый вал, зажим спереди (2) Сплошной вал, зажимной фланец с сервопазом (1) Сплошной вал, Квадратный фланец (3) Сплошной вал, Сервофланец (5) Сплошной вал, Торцевой фланец (7) Сплошной вал, Зажимной фланец с резьбами M3 и M4 (1) Сплошной вал, Торцевой фланец 3xM4 (1)

Число импульсов на один оборот

— 0 . .. 1.000 (1) 0 … 1.024 (8) 0 … 2.400 (1) 1.025 … 2.000 (1) 1.025 … 2.048 (1) 1.025 … 2.500 (7) 2.500 … 5.000 (1) 2.501 … 1.024 (1) 2.501 … 5.000 (6) 5.001 … 8.192 (6) 8.192 … 16.384 (1) 8.193 … 16.384 (5) 8.193 … 16.584 (1) 8.194 … 16.384 (1) 16.385 … 65.536 (3) 16.501 … 65.536 (1) 80.193 … 16.384 (1)

Коммуникационный интерфейс, детальное описание

— HTL (2) HTL / Push pull (8) Sin/Cos (2) TTL / HTL (6) Открытый коллектор (4) TTL / RS-422 (8)

Диаметр вала

— 1 (1) 1/2″ (5) 1/4 (2) 1/4″ (1) 3/8″ (5) 5/8″ (4) 5/16″ (1) Заказной полый вал с Ø7 H7 (без зажимной цанги) (1) 6 mm (7) 7 mm (2) 8 mm (6) 10 mm (7) 11 mm (1) 12 mm (5) 14 mm (4) 15 mm (5) 30 mm (2) 42 mm (1)

Соединение

— Без предварительно установленного кабельного ввода (1) Кабель (9) Разъем (7) Розетка (1) С USB-портом (1) Со штекером (5)

Типоразмер (фланец)

Ø 36 mm (1)

Ø 40 mm (1)

Ø 50 mm (1)

Ø 60 mm (5)

Ø 80 mm (1)

Ø 90 mm (1)

9 результатов:

Результаты 1 — 9 из 9

Вид: Галерея Список

Сортировать: Значимость По имени, A-Z По имени, Z-A По дате с возрастанием По дате с убыванием

DFS60

Программируемый энкодер с высоким разрешением для задач с высокими требованиями

• Количество импульсов на один оборот: до 65 536 (16 бит)
• Диаметр корпуса: 60 мм
• Сплошной вал, съемный и сквозной полый вал
• Степень защиты: IP65 / IP67
• Коммуникационные интерфейсы: TTL RS 422, HTL Push Pull, Sin/Cos
• Тип подключения: штекер M12, M23 или универсальный кабель
• Программируемый, небольшая монтажная глубина, возможна удаленная установка нулевой точки

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DLS40

Изящный и компактный инкрементальный энкодер для экономичных решений

• Количество импульсов на один оборот: до 1024
• Диаметр корпуса: 40 мм
• Сплошной вал и полый тупиковый вал
• Степень защиты: IP50 (Сплошной вал)
• Коммуникационные интерфейсы: TTL/RS-422, HTL/Push pull, открытый коллектор
• Тип подключения: кабель
• Изящный и компактный дизайн

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DBS60

Устойчивый к внешним воздействиям, универсально применимый инкрементальный энкодер

• Количество импульсов на один оборот: до 10 000
• Диаметр корпуса: 60 мм
• Сплошной вал, съемный и сквозной полый вал
• Класс защиты: IP67, IP69K
• Коммуникационные интерфейсы: TTL/RS-422, HTL/Push Pull, универсальный интерфейс (TTL, HTL)
• Тип подключения: штекер M12, M23, кабель, кабель со штекером M12, M23
• Корпус из алюминия или нержавеющей стали

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DFS60 Inox

Программируемый энкодер с высоким разрешением для задач с высокими требованиями

• Количество импульсов на один оборот: до 65 536 (16 бит)
• Диаметр корпуса: 60 мм
• Сплошной вал, съемный и сквозной полый вал
• Степень защиты: IP65 / IP67
• Коммуникационные интерфейсы: TTL RS 422, HTL Push Pull, Sin/Cos
• Тип подключения: штекер M12, M23 или универсальный кабель
• Программируемый, небольшая монтажная глубина, возможна удаленная установка нулевой точки

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DGS80

Надежный инкрементальный энкодер с большими диаметрами полых валов

• Количество импульсов на один оборот: до 8192
• Диаметр корпуса: 81 мм, диаметр сквозных полых валов: 30 мм или 42 мм
• Степень защиты: IP65
• Коммуникационные интерфейсы: TTL, HTL
• Тип подключения: штекеры M12, M23 и MS, а также кабель
• Зажимные цанги для адаптации к различным валам доступны в качестве принадлежностей

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DBS36/50

Компактные стандартные инкрементальные энкодеры для промышленного применения

• Количество импульсов на один оборот: до 2500
• Диаметр корпуса: 36 мм или 50 мм
• Сплошной вал и полый тупиковый вал
• Степень защиты: IP65
• Коммуникационные интерфейсы: TTL/RS-422, HTL/Push pull, открытый коллектор
• Тип подключения: кабель или кабель со штекером M12, M23

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DFS2x

Программируемый инкрементальный энкодер с высоким разрешением, типоразмеры 2 и 2,5 дюйма

• Количество импульсов на один оборот: до 65 536
• Диаметр корпуса: 2 дюйма и 2,5 дюйма
• Сплошной вал, съемный и сквозной полый вал
• Степень защиты: IP65 и IP67
• Коммуникационные интерфейсы: TTL/RS-422, HTL/Push pull, открытый коллектор
• Тип подключения: штекеры M12 и MS, а также кабель
• С высоким разрешением, программируемый, возможна удаленная установка нулевой точки

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DUS60

Гибкий энкодер с DIP-переключателями для конфигурируемых параметров

• Количество импульсов на один оборот: до 2400
• Диаметр корпуса: 60 мм
• Сплошной вал, полый тупиковый вал, сквозной полый вал
• Степень защиты: IP65
• Коммуникационные интерфейсы: TTL/HTL
• Типы подключения: штекер M12 или кабель
• Светодиодные индикаторы состояния, DIP-переключатели для конфигурирования настроек

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

DGS3x

Энкодер с большим полым валом для жестких условий

• Инкрементальный энкодер с диаметром 3,5
• Электрический интерфейс
• 5 В TTL / RS422
• 8–24 В TTL / RS422
• 8–24 В HTL / соединитель push pull
• 8–24 В открытый коллектор
• Насадной полый вал для вала диаметром 30 мм; 1”, ½”,5/8”, ¾”, 7/8”
• Отходящий кабель длиной 1 м, 1,5 м, 3 м, 5 м, 10 м
• Количество штрихов: 120–16384

Это семейство продукции скоро снимается с производства!

Сравнить Сравнить сейчас

Выбрать

Результаты 1 — 9 из 9

Сортировать: Значимость По имени, A-Z По имени, Z-A По дате с возрастанием По дате с убыванием

Пожалуйста, подождите. ..

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

Загрузка …

Инкрементальные энкодеры | Полное руководство

Как работает инкрементный энкодер?

Инкрементный энкодер выдает заданное количество импульсов за один оборот энкодера. Выходным сигналом может быть одна строка импульсов (канал «А») или две строки импульсов (каналы «А» и «В»), которые смещены для определения вращения. Эта фазировка между двумя сигналами называется квадратурной.

Узнайте больше о выходе квадратурного энкодера здесь

Типовой узел инкрементального оптического энкодера состоит из узла шпинделя, печатной платы и крышки. Плата содержит набор датчиков, которые создают только два основных сигнала для определения положения и скорости. Для инкрементного оптического энкодера оптический датчик обнаруживает свет, когда он проходит через отмеченный диск. Диск перемещается по мере вращения узла шпинделя, а информация преобразуется в импульсы на печатной плате. Для инкрементного магнитного энкодера оптический датчик заменен магнитным датчиком, а вращающийся диск содержит ряд магнитных полюсов.

Опционально могут быть предоставлены дополнительные сигналы: 

Индекс или канал «Z» может быть предоставлен как один импульс на оборот для проверки возврата в исходное положение и подсчета импульсов на каналах A и/или B. Этот индекс может быть привязан либо к A, либо к B в их различных состояниях. Он также может быть без ворот и различаться по ширине.

Коммутационные (U, V, W) каналы также могут быть предусмотрены на некоторых энкодерах. Эти сигналы выровнены с коммутационными обмотками серводвигателей. Они также гарантируют, что привод или усилитель для этих двигателей подает ток на каждую обмотку в правильной последовательности и на правильном уровне.

Альтернативные варианты инкрементных поворотных энкодеров

В то время как инкрементальные энкодеры обычно используются во многих приложениях с обратной связью, резольверы и абсолютные энкодеры предоставляют альтернативы в зависимости от требований приложения и среды.

Инкрементальные энкодеры и резольверы

Резольверы — это электромеханические предшественники энкодеров, основанные на технологиях времен Второй мировой войны. Электрический ток создает магнитное поле вдоль центральной обмотки. Имеются две обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу. Одна обмотка фиксируется на месте, а другая перемещается по мере движения объекта. Изменения в силе и расположении двух взаимодействующих магнитных полей позволяют резольверу определять движение объекта.

Простота конструкции резольвера делает его надежным даже в экстремальных условиях, от низких и высоких температур до воздействия радиации и даже механических помех от вибрации и ударов. Однако щадящий характер распознавателей как для источника, так и для сборки приложений достигается за счет их способности работать в сложных проектах приложений, поскольку они не могут производить данные с достаточной точностью. В отличие от инкрементных энкодеров, резольверы выводят только аналоговые данные, для подключения которых может потребоваться специализированная электроника.