AGV应用技术-编码器分类与工作原理

AGV应用技术-编码器分类与工作原理

在AGV运动控制系统需要得到关于AGV机械设备的准确的、实时的信息反馈，如AGV位置、舵角度、AGV速度、货叉高度等信息，用以完成机械设备的自动化控制操作。编码器正是这样一种传感器，它通过光电效应或磁效应原理，将这些物理量信息转换为电信号，传递给AGV控制系统，由于其转换精度高、实时响应、安装连接简单，使得选择编码器成为连接机械部件和AGV电子控制系统的理想选择。

视频1 增量编码器工作原理

1 编码器分类

根据应用原理的不同，AGV的编码器可分为光电编码器和磁性编码器，他们在众多应用中体现了各自不同的优势、特点：

光学编码器

光学编码器应用光电效应原理，将物理信号转换为电信号。一个LED光源发出的红外光线，透过刻有光栅的码盘和相配遮光片，照射在光学传感器阵列上，然后光学传感器阵列将这些明暗相间的脉冲信息或位置信息转换为电信号。

图1 增量编码器内部结构

光学编码器具有高精度、高抗干扰性，可以广泛的应用于各个行业中。

磁性编码器

磁性编码器则应用磁电效应原理，将物理信号转换为电信号。一块永磁体被镶嵌在编码器的旋转轴上，传感器通过感应磁体的磁场，将之转化为脉冲信号或位置信息。

图2 磁性编码器原理

磁性编码器因其工作原理的因素，具有非常高的防护等级，可达IP96K，可拥有恶劣的机械环境中，具有高抗冲击性和抗震动性能。

光纤编码器

光纤编码器有时被称为“防爆”编码器，用于存在甲烷，丙烷或其他极易可燃气体的场合。

图3 光纤编码器▪使用激光和光电晶体管产生输出代码。

▪常用于具有极易燃气体的防爆应用场合。

视频2 光纤编码器

电容编码器

图4 电容编码器

电容编码器通过使用高频参考信号检测电容变化来生成输出代码，电容编码器不推荐用于防爆应用，但由于采用专有的电容技术，因此可以承受与磁编码器类似的环境因素，并且通常优于光学编码器。

Capacitive Encoder电容编码器

The revolutionary AMT modular encoder consists of three basic parts as shown in the photograph. The ac field transmitter emits a signal that is modulated by the metal pattern on the rotor as it turns. The sinusoidal metal pattern on the rotor creates a signal modulation that is repetitive and predictable. This occurs as a result of varying capacitive reactance between the signal generated by the transmitter and the metal on the rotor. The field receiver uses a proprietary ASIC to convert the modulated signal into output pulses that can be read by the same circuits used to receive optical encoder output.If you have ever used digital calipers, then you are already familiar with capacitive encoding. The code generation used in digital calipers for decades is the same technology built into the AMT.

2 编码器分类

根据输出信号类型不同，AGV的编码器可分为增量型编码器和绝对值编码器：

增量编码器

增量编码器将被测量信号转换为脉冲信号，拥有测量被检测设备的速度、长度、位置。

图5 增量编码器输出

绝对值编码器

绝对值编码器将所检测的每个位置对应一个唯一的编码，无论在何种状态下，都可确定设备的位置变化。

图6 绝对值编码器输出

图7 编码器刻度盘

3 电路老化补偿

编码器的LED光源和电子元件在使用一段时间后不可避免地产生衰减。因此输出信号也将衰减。通道A和B之间90°相位差将变得越来越小。从而无法检测出旋转方向。因此编码器厂商会设计一个特殊的电路用于杜绝以上现象的发射。

图8 编码器老化补偿原理

4 选择编码器考虑因素

01温度补偿

编码器产品配备专用电路确保超出工作温度范围时，信号质量保持相同的高水平。

02 短路保护

编码器确保在信号输出通道发生短路或错误的接线是编码器不被损坏。一旦编码器正确接线，将恢复工作。

03 反极性保护

编码器供电范围5-30VDC和10-30VDC。在电源线发生错误的接线是传感器不被损坏。一旦传感器正确接线，将恢复工作。

04 环境要求

编码器在使用时，环境因素对于编码器的使用寿命有显著的影响。

05 工作温度

编码器能够正常温度的工作时的环境温度，工作温度降直接影响编码器的使用寿命和使用效果。

06 机械强度

编码器产品采用双轴承或多轴承支撑结构，最大程度的保证编码器的机械承载能力。同时轴承直接采用机械机构相互限位的设计。

使用特殊的润滑脂对轴承进行处理，轴承能够承受极端的温度环境、高速、高负载以及不断的换向旋转。

轴承的使用寿命是以编码器的旋转转数来定义的。使用寿命可以用以下面公式转换成小时：

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