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增量編碼器的分辨率,倍頻與細(xì)分

2019/8/7 17:39:35 標(biāo)簽:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)

增量編碼器碼盤(pán)是由很多光柵刻線組成的,有兩個(gè)(或4個(gè),以后討論4個(gè)光眼的)光眼讀取A,B信號(hào)的,刻線的密度決定了這個(gè)增量型編碼器的分辨率,也就是可以分辨讀取的最小變化角度值。代表增量編碼器的分辨率的參數(shù)是PPR,也就是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù),例如每圈刻線360線,A,B每圈各輸出360個(gè)脈沖,分辨率參數(shù)就是360PPR。那么這個(gè)編碼器可分辨的最小角度變化量是多少度呢?就是1度嗎?

增量編碼器的A/B輸出的波形一般有兩種,一種是有陡直上升沿和陡直下降沿的方波信號(hào),一種是緩慢上升與下降,波形類(lèi)似正弦曲線的Sin/Cos曲線波形信號(hào)輸出,A與B相差1/4T周期90度相位,如果A是類(lèi)正弦Sin曲線,那B就是類(lèi)余弦Cos曲線。

增量編碼器的分辨率.png 

對(duì)于方波信號(hào),A,B兩相相差90度相(1/4T),這樣,在0度相位角,90度,180度,270度相位角,這四個(gè)位置有上升沿和下降沿,這樣,實(shí)際上在1/4T方波周期就可以有角度變化的判斷,這樣1/4的T周期就是最小測(cè)量步距,通過(guò)電路對(duì)于這些上升沿與下降沿的判斷,可以4倍于PPR讀取角度的變化,這就是方波的四倍頻。這種判斷,也可以用邏輯來(lái)做,0代表低,1代表高,A/B兩相在一個(gè)周期內(nèi)變化是00,01,11,10。這種判斷不僅可以4倍頻,還可以判斷旋轉(zhuǎn)方向。

那么,方波信號(hào)的最小分辨角度=360度/(4xPPR)。

前面的問(wèn)題:一個(gè)方波A/B輸出360PPR的增量編碼器,最小分辨角度=0.25度。

增量編碼器.png 

嚴(yán)格地講,方波最高只能做4倍頻,雖然有人用時(shí)差法可以分的更細(xì),但那基本不是增量編碼器推薦的,更高的分頻要用增量脈沖信號(hào)是SIN/COS類(lèi)正余弦的信號(hào)來(lái)做,后續(xù)電路可通過(guò)讀取波形相位的變化,用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來(lái)細(xì)分,5倍、10倍、20倍,甚至100倍以上,分好后再以方波波形輸出(PPR)。分頻的倍數(shù)實(shí)際是有限制的,首先,模數(shù)轉(zhuǎn)換有時(shí)間響應(yīng)問(wèn)題,模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度與分辨的精確度是一對(duì)矛盾,不可能無(wú)限細(xì)分,分的過(guò)細(xì),響應(yīng)與精準(zhǔn)度就有問(wèn)題;其次,原編碼器的刻線精度,輸出的類(lèi)正余弦信號(hào)本身一致性、波形完美度是有限的,分的過(guò)細(xì),只會(huì)把原來(lái)碼盤(pán)的誤差暴露得更明顯,而帶來(lái)誤差。細(xì)分做起來(lái)容易,但要做好卻很難,其一方面取決于原始碼盤(pán)的刻線精度與輸出波形完美度,另一方面取決于細(xì)分電路的響應(yīng)速度與分辨精準(zhǔn)度。例如,德國(guó)海德漢的工業(yè)編碼器,推薦的最佳細(xì)分是20倍,更高的細(xì)分是其推薦的精度更高的角度編碼器,但旋轉(zhuǎn)的速度是很低的。

我公司提供的IDE弦波細(xì)分倍頻分割器,可提供5,10,20,25,最高到100倍的正余弦波細(xì)分倍頻。

一個(gè)增量編碼器細(xì)分后輸出A/B/Z方波的,還可以再次4倍頻,但是請(qǐng)注意,細(xì)分對(duì)于編碼器的旋轉(zhuǎn)速度是有要求的,一般都較低。另外,如原始碼盤(pán)的刻線精度不高、波形不完美,或細(xì)分電路本身的限制,細(xì)分也許會(huì)波形嚴(yán)重失真,大小步,丟步等,選用及使用時(shí)需注意。

前面的問(wèn)題:一個(gè)正余弦A/B輸出360PPR的增量編碼器,最小分辨角度可能是0.01度(如果25倍分頻,且原始碼盤(pán)精度有保證)。

有些增量編碼器,其原始刻線可以是2048線(2的11次方,11位),通過(guò)16倍(4位)細(xì)分,得到15位PPR,再次4倍頻(2位),得到了17位(Bit)的分辨率,這就是有些日系編碼器的17位高位數(shù)編碼器的得來(lái)了,它一般就用“位,Bit”來(lái)表達(dá)分辨率了。這種日系的編碼器在較快速度時(shí),內(nèi)部仍然要用未細(xì)分的低位信號(hào)來(lái)處理輸出的,要不然響應(yīng)就跟不上了,所以不要被它的“17位”迷惑了。


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供稿: 隨查之?dāng)?shù)控專(zhuān)家 rookie

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