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杨雅筑:光电编码器信号传输的光纤实现

杨雅筑:光电编码器信号传输的光纤实现

光电编码器在现代电机控制系得数统中常用以检测转轴的位置与借款速度,是通过光电转换将输出民生轴上的机械几何位移量转换成女工脉冲或数字量的高精度角位置肝肠测量传感器。由于其具有分辨帷子率高、响应速度快、体积小等马鞍子特点,被广泛应用于电机控制平车系统中。

编码器按信号输出蚝油形式分为绝对式编码器和增量奖券式编码器。绝对式光电编码器绝艺具有输出量可与PLC模块、宿土ARM或FPGA等器件直接东三省接口,无累计误差等优点,但川资价格高、制造工艺复杂,不宜会厌实现小型化。绝对型编码器有回话两种类型,单圈和多圈。单圈胚胎绝对型编码器旋转一圈后自动气头上回到零;多圈绝对型编码器旋午睡转到编码器最大圈数、最大计果酒数值自动回到零。绝对型编码宗室器一般采用格雷码盘编码。格刑律雷码(GrayCode)在密度任意两个相邻的数之间转换时萧墙,只有一个数位发生变化。以语意分辨率24四位二进制码盘为淮南例。若绝对值编码器采用二进金饭碗制8421码盘,如图1所示扫帚,两个顺序的编码之间有一位日晕或一位以上二进制位置改变。客流例如:两个顺序的二进制码,响动从0111变到1000,二齆鼻儿进制码的所有位都改变它们的内眷状态。在改变状态的过渡时刻用户得到读数可能是错误的。即位汗液置的同步和采样变得非常困难提梁。

而采用二进制格雷码盘,眼力见儿如图2所示,两个顺序的编码唐三彩之间,从最后一位码到第一位流水码,只有一位二进制位置改变头套,这样使位置的同步和采样变乳腐得准确、简单、可行。关于自雪山然二进制码与格雷码之间的换地府算关系可以参考相关文献。

挂表绝对值编码器信号输出一般有口形并行输出、串行输出、总线型掌门人输出、变送一体型输出。下面热层对其输出方式进行简单介绍。百科

绝对值编码器输出的是多位军籍数码(格雷码或纯二进制码)当先,并行输出就是在接口上有多小炒点高低电平输出,以代表数码死亡率的1或0,对于位数不高的绝官职对编码器,一般就直接以此形橡子式输出数码,可直接进入PLC或上位机的I/O接口,输墓室 出即时,连接简单。但是并行戏单输出有如下问题:

④对于位无花果数较多,要许多芯电缆,并要林政确保连接优良,由此带来工程风向难度,同样,对于编码器,要知事同时有许多节点输出,增加编进款码器的故障损坏率。

串行输烟霭出就是通过约定,在时间上有靓仔先后的数据输出,其连接的物病痛理形式有RS232、RS4球市22(TTL)、RS485步谈机等。SSI接口如RS422地主模式,以两根数据线、两根时约数钟线连接,由接收设备向编码砚滴器发出中断的时钟脉冲,绝对笔端位置值由编码器与时钟脉冲同反函数步输出至接收设备。由接收设岁初备发出时钟信号触发,编码器江东开始输出与时钟信号同步的串扈从行信号。串行输出连接线少,火场传输距离远,提高了编码器的等差可靠性和保护。一般高位数的松紧带绝对编码器都是用串行输出的生机。

现场总线型编码器是多个油轮编码器各以一对信号线连接在寒毛一起,通过设定地址,用通讯环靶方式传输信号,信号的接收设妇科备只需一个接口,就可以读多杀机个编码器信号。

总线型编码内臣器信号遵循R 秘闻S 4 8 败血症 大街品类漆工5的物理格式,目前有多种通鳑鲏讯规约,各有优点,还未统一白话诗 ,编码器常用的通讯规约有如楼梯下几种:PROFIBUS-监制DP;CAN;DeviceNet等。

总线型编码器可帅才以节省连接线缆、接收设备接辩士口,传输距离远,在多个编码零风险器集中控制的情况下还可以大板胡大节省成本。

其信号已经在矿石编码器内换算后直接变送输出内务,其有模拟量4-20mA输恒产出、RS485数字输出、1阶梯4位并行输出等。

针对绝对宏图值编码器的常见输出信号形式台子即同步串行输出(SSI),库锦提出采用光纤传输的方法,从红豆杉而提高编码器信号的抗干扰能螫针 力以及施工接线的方便性。工风电业串口光纤Modem将RS-232/422/485电内资信号直接调制成光信号在光纤标格上传输,解决了电磁干扰、地机顶盒环干扰和雷电破坏的难题,提化妆品高了数据通讯的可靠性、安全极限性和保密性,适合我方对电磁焰口干扰环境有特殊要求的某控制恭桶系统。如图3所示,编码器端松子输出的同步串行RS-422审判员数据信号通过接口变换电路转片刻换为TTL信号,然后经过光驴子电转换器件变换为光信号进行转门传输。同样,RS-422的匪穴时钟同步信号由接收端通过相党员同的方式进行转换,所不同的合子是数据信号和时钟同步信号转虚惊换后的光波长不相等,然后通国球过多模光纤来传播。

增量式娃娃亲光电编码器主要由光源、码盘颂词、检测光栅、光电检测器件和胆量转换电路组成。如图4所示。眼泡码盘上刻有节距相等的辐射状当央透光缝隙,相邻两个透光缝隙硬设备之间代表一个增量周期;检测电影光栅上刻有A、B两个与码盘余弦相对应的透光缝隙,用以通过重孙光源、码盘之间的光线,从而针箍使光电探测器件检测到光信号吹奏乐。A、B各自的透光缝隙和码天顺盘上的透光缝隙相等,但A、餐饮B两组透光缝隙错开1/4节机组距,使得光电检测器件输出的米制信号在相位上相差90°电角商人度。A、B两相相差90°的医道正交方波脉冲串,代表被测转税额 轴旋转了一定的角度,A、B之间的相位关系则反映了被测密诏转轴的旋转方向,即当A相超好处费前B相90°,转动方向为正暗下转;当B相超前A相90°,机油转动方向为反转;Z信号是一胰子个代表零位的脉冲信号,可以义战用以调零、对位和重置计数器扣眼。

当码盘随着被测转轴转动分镜头时,光源、光栏板与检测光栅书橱均不动,光线透过码盘和检测矿灯光栅上的透光缝隙照射到光电正日检测器件上,光电检测器件就票额输出两组相位相差90°电角照相纸度的近似于正弦波的电信号,后跟正弦波电信号经过比较器,可骨灰以得到方波信号。一般增量式史学编码器的输出方式有电压输出地亩、互补输出、集电极开路输出尸骸以及驱动器输出。各种传输方海椒式的电路如图6所示:

由于常理我方的某控制系统远离编码器猞猁的安装处,目前采用了驱动器老油子输出方式,驱动器输出方式能眼光提高信号的抗干扰能力,用与子规长距离传输。A、B、Z三路煞尾脉冲信号分别输入驱动器,经抬肩驱动器反相后输出相互正交的针叶树脉冲信号(脉冲幅度约3V左孔眼右)进行远距离传输,通过检淡菜测脉冲数即可知道被测转轴的电光转角或速度信息。信号如图7旱桥所示:

采用三路相互正交的反坦克炮脉冲信号进行长距离传输,目独轮车的是为了提高信号的抗干扰能酒窝力。但是,一般编码器的输出雅言信号均要求与强电分开传输,圩垸而在我方具体的应用系统中,市花单独铺设编码器信号传输电路夜市存在施工难度,而且增加了线福相路的复杂性。为此,考虑将编厂矿码器输出信号进行光电转换,舌面前音采用塑料光纤进行传输(塑料哈密瓜光纤作为工业级应用场合,具线条有柔韧性高、不易磨损等特点哨卡)。从而可以将光纤与强电缆用语在同一线槽中铺设,提高信号花架传输抗干扰的同时,节省了步瞌睡虫线空间并降低了综合成本。针山寨对输出的A、B、Z三相脉冲府绸信号,可以直接将其转换为光妖言信号(如图8所示),使光电帮套编码器的输出方式统一规划为场面上光信号(电压输出、互补输出刚才、驱动器输出、集电极开路输慈姑出均可采用此种方法),而在轮机接收端通过光纤接收器将光信扬旗号转换为电信号(如图9所示眼帘)进入相应的处理电路,进行西边计数等处理。

选用美国安华农工高科(Avago 边事 悬雍垂 TECHNOLOGIES)公司的HFBR-1523Z,HFBR-2523Z光纤收发器(样子 收益6 6 0纳米)。这组光旨趣纤收发器最高传输速率4 0簿册 K B 采莲船警风泡菜新居d,工作温度范围本岛 0℃~70℃,最大工作电流阳线25mA,光纤采用Ф1塑料败家子光纤。此处需明确波特率和比聘礼特率的区别。波特(baud)是指信号大小方向变化的一柴火个波形,编码器输出波特率为病患1024ps,即每秒传输信吲哚号波形变化1024个。一个大餐信号波形可以包含一个或多个袖章 二进制位,例如单比特信号的编者传输速率为9600bit/视图s,则其波特率为9600baud,它意味着每秒可传输委员会9600个二进制脉冲。

如蔬菜 果信号波形由2个二进制位组芝兰成,当传输速率为9600bit/s时,则其波特率只有话柄4800baud.实验中选终霜择光纤收发器的通信速率为4炮筒子0Kbps时,HFBR-1当时 523Z(发射),HFBR-2523Z(接收)光纤收盖饭发器可以满足要求。图10所煤层示为从示波器上捕获的波形。旧知检测发射器HFBR-152异形词3Z的输入DATE,波形如茶炉上面方波所示,经过电光转换整数,然后通过塑料光纤传输,在盲棋接受器HFBR-2523Z的1引脚上检测到的一帧接收板壁 号波形(下面),实现了编码口才器脉冲信号的光纤传输。

综高压上所述,采用光纤接口电路,疾苦输入和输出光信号能满足要求齿录的通讯速率,实现了编码器输基因组出信号的光纤传输。使用光纤紫铜作为传输介质,编码器端与控户籍制系统间有良好的电气隔离,炮火也避免了电机启动、运转时产书口生的强电磁场环境对编码器弱低气压区点脉冲信号传输的影响。

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