1. Wat is een encoder?
Tijdens de werking van eenWormwieloverbrenging N20 DC-motorParameters zoals stroomsterkte, snelheid en relatieve positie in de omtreksrichting van de roterende as worden in realtime gemonitord om de toestand van de motorbehuizing en de getrokken apparatuur te bepalen. Bovendien worden de bedrijfsomstandigheden van de motor en de apparatuur in realtime geregeld, waardoor diverse specifieke functies zoals servo- en snelheidsregeling mogelijk worden. Het gebruik van een encoder als front-end meetelement vereenvoudigt het meetsysteem aanzienlijk en is bovendien nauwkeurig, betrouwbaar en krachtig. De encoder is een roterende sensor die de fysieke grootheden van positie en verplaatsing van roterende onderdelen omzet in een reeks digitale pulssignalen. Deze signalen worden verzameld en verwerkt door het besturingssysteem om een reeks commando's te genereren voor het aanpassen en wijzigen van de bedrijfsstatus van de apparatuur. In combinatie met een tandwielstang of schroef kan de encoder ook worden gebruikt om de positie en verplaatsing van lineair bewegende onderdelen te meten.
2. De classificatie van de encoder
Basisclassificatie van encoders:
Een encoder is een nauwkeurige meetinrichting die zowel mechanische als elektronische elementen combineert. Het instrument codeert, converteert, communiceert, verzendt en slaat signalen en data op. Afhankelijk van hun eigenschappen worden encoders als volgt geclassificeerd:
● Codeerschijf en codeschaal. De encoder die lineaire verplaatsing omzet in een elektrisch signaal wordt een codeschaal genoemd, en de encoder die hoekverplaatsing omzet in een telecommunicatiesignaal is een codeerschijf.
● Incrementele encoders. Leveren informatie zoals positie, hoek en aantal omwentelingen, en definiëren de bijbehorende frequentie door het aantal pulsen per omwenteling.
● Absolute encoder. Geeft informatie zoals positie, hoek en aantal omwentelingen in hoekstappen, waarbij aan elke hoekstap een unieke code wordt toegekend.
● Hybride absolute encoder. De hybride absolute encoder geeft twee sets informatie uit: één set informatie wordt gebruikt om de poolpositie te detecteren met behulp van de absolute informatiefunctie, en de andere set is exact hetzelfde als de uitvoerinformatie van de incrementele encoder.
Encoders die vaak in motoren worden gebruikt:
●Incrementele encoder
Door direct gebruik te maken van het foto-elektrische conversieprincipe worden drie sets blokgolfpulsen A, B en Z gegenereerd. Het faseverschil tussen de twee sets pulsen A en B is 90°, waardoor de draairichting gemakkelijk kan worden bepaald; de Z-fase bestaat uit één puls per omwenteling en wordt gebruikt voor referentiepuntpositionering. Voordelen: eenvoudige constructie, gemiddelde mechanische levensduur van meer dan tienduizenden uren, sterke storingsbestendigheid, hoge betrouwbaarheid en geschikt voor transmissie over lange afstanden. Nadelen: kan geen absolute positie-informatie van de asrotatie leveren.
● Absolute encoder
Op de cirkelvormige codeplaat van de sensor bevinden zich verschillende concentrische codekanalen in radiale richting. Elk kanaal bestaat uit lichtdoorlatende en niet-lichtdoorlatende sectoren. Het aantal sectoren van aangrenzende codekanalen is het dubbele, en het aantal codekanalen op de codeplaat is gelijk aan het aantal binaire cijfers. Wanneer de codeplaat zich in verschillende posities bevindt, zet elk lichtgevoelig element dit om in een corresponderend niveausignaal, afhankelijk van de aanwezigheid van licht, waarmee een binair getal wordt gevormd.
Dit type encoder kenmerkt zich door het feit dat er geen teller nodig is en dat een vaste digitale code, corresponderend met de positie, op elke positie van de rotatieas kan worden afgelezen. Hoe meer codekanalen, hoe hoger de resolutie. Voor een encoder met een binaire resolutie van N bits moet de codeschijf N codekanalen bevatten. Momenteel zijn er in China 16-bits absolute encoders verkrijgbaar.
3. Het werkingsprincipe van een encoder
Door middel van een foto-elektrische codeschijf met een as in het midden, waarop cirkelvormige en donkere inscriptielijnen zijn aangebracht, worden deze uitgelezen door foto-elektrische zend- en ontvangstapparaten. Vier groepen sinusgolfsignalen worden gecombineerd tot A, B, C en D. Elke sinusgolf verschilt met een faseverschil van 90 graden (360 graden ten opzichte van een cirkelvormige golf). De C- en D-signalen worden omgekeerd en over de A- en B-fasen heen gelegd, wat de stabiliteit van het signaal verbetert. Daarnaast wordt bij elke omwenteling een Z-fasepuls uitgezonden om de nulpositie als referentiepunt aan te geven.
Omdat de twee fasen A en B 90 graden van elkaar verschillen, kan worden vergeleken of fase A voor of fase B voor ligt om de voorwaartse en achterwaartse rotatie van de encoder te bepalen. De nulreferentiebit van de encoder kan worden verkregen via de nulpuls. Encodercodeplaten zijn gemaakt van glas, metaal of kunststof. Bij een glazen codeplaat wordt een zeer dunne gegraveerde lijn aangebracht, waardoor de thermische stabiliteit goed is en de precisie hoog. Bij een metalen codeplaat wordt de lijn direct aangebracht zonder gravure, waardoor deze minder breekbaar is. De nauwkeurigheid is echter beperkter vanwege de dikte van het metaal en de thermische stabiliteit is aanzienlijk slechter dan die van glas. Een kunststof codeplaat is economisch en goedkoop, maar de nauwkeurigheid, thermische stabiliteit en levensduur zijn minder goed.
Resolutie - de encoder geeft aan hoeveel doorlopende of donkere gegraveerde lijnen per 360 graden rotatie worden geproduceerd. Dit wordt ook wel resolutie-indexering genoemd, of simpelweg het aantal lijnen, meestal tussen de 5 en 10.000 lijnen per omwenteling.
4. Positiemeting en feedbackregelingsprincipe
Encoders spelen een uiterst belangrijke rol in liften, werktuigmachines, materiaalbewerking, motorterugkoppelingssystemen en meet- en regelapparatuur. De encoder gebruikt een raster en een infraroodlichtbron om het optische signaal via een ontvanger om te zetten in een elektrisch TTL-signaal (HTL). Door de frequentie van het TTL-niveau en het aantal hoge niveaus te analyseren, worden de draaihoek en de draaipositie van de motor visueel weergegeven.
Doordat de hoek en positie nauwkeurig kunnen worden gemeten, kunnen de encoder en de frequentieomvormer worden gecombineerd tot een gesloten regelkring, waardoor de besturing nauwkeuriger wordt. Dit verklaart waarom liften, werktuigmachines, enzovoort, zo precies kunnen worden gebruikt.
5. Samenvatting
Samenvattend begrijpen we dat encoders, afhankelijk van hun structuur, worden onderverdeeld in incrementele en absolute encoders. Beide typen encoders zetten andere signalen, zoals optische signalen, om in elektrische signalen die geanalyseerd en aangestuurd kunnen worden. De liften en werktuigmachines die we dagelijks gebruiken, zijn gebaseerd op de nauwkeurige afstelling van de motor. Door middel van feedback-regeling in een gesloten lus is de encoder in combinatie met een frequentieomvormer een logische manier om nauwkeurige controle te bereiken.
Geplaatst op: 20 juli 2023