线性编码器的作用_工作原理_常见类型

编码器是一种机电设备，用于将运动转变为电反馈信号，控制设备可以读取该信号来测量速度、位置、计数、直线距离和方向的变化。因此，这些是大容量和高速工业应用中的基本组件。

目前有两种类型的编码器，分别线性编码器和旋转编码器。线性编码器的主要功能是测量线性路径，而旋转编码器用于测量旋转运动。本文将介绍线性编码器的概述、其工作原理、类型及其应用。

什么是线性编码器？

线性编码器是一种传感器或变换器，用于监视和测量物体的位置、速度、方向、运动或速度。该装置向各个方向移动，但始终沿一个轴行进。它可以检测速度、距离、方向和位移。这些编码器被称为线性设备，因为它们用于测量物体的线性运动，如速度、距离、位置、位移、方向和加速度。该设备沿不同方向移动，但始终沿单个轴行进。它可以检测速度、距离、方向和位移。

线性编码器精度是光栅尺精度和读数头产生的误差的组合。为了表示编码器精度，最常见的单位是µm/m或每个单位刻度长度的µm。线性编码器技术是：光学、电感、磁、涡流和电容。这些类型的编码器具有受保护的外壳，例如气体和液体、固体和散装固体，因此可以在不同的环境中使用。

线性编码器工作原理

线性编码器与标尺配对，通过读取标尺对位置进行编码，并将其转换为模拟（或）数字信号，然后可以通过运动控制器或DRO（数字读数）将其解码为位置。该编码器可以是绝对系统或增量系统。绝对系统中的运动可以通过时间之上的位置来确定，而在增量系统中，可以通过时间之上的运动来确定位置。

线性编码器可以是开放式的，也可以是封闭式的。开放式线性编码器主要用于最大精度、低摩擦和低测量滞后应用。封闭式线性编码器用于恶劣、肮脏的环境，如机床。线性编码器通常包括由金属或玻璃刻度包围的铝挤压件，可以使用玻璃或反射标尺，其中标尺材料在金属、玻璃、塑料和陶瓷上含有铬。

线性编码器结构

线性编码器结构主要包括连接到测量标尺的信号单元，根据功能目的，测量标尺可以分为三个基本元件：标尺、信号源和传感器，如下图所示：

• 刻度是该编码器的重要部分，其平面上有标记，这些标记帮助传感系统确定其当前位置。
• 信号源传输穿过秤的信号。一旦它穿过刻度标记，信号就会根据标记类型而失真。这里，信号的类型主要取决于工作原理。
• 无论信号变化到哪里，传感器都是接收器。传感器将有关位置的信息转换为模拟或数字信号。之后，接收到的数据将通过多个接口通过接线传输到连接的 PLC 中。

线性编码器常见类型

线性编码器根据测量方法和技术分为不同类型。根据测量方法，这些编码器有两种类型：绝对式和增量式。同样，这些编码器有基于磁性和光学等技术的两种类型。

绝对式线性编码器

这是一种线性编码器，用于精确确定读数头的当前位置。刻度上的标记有专属的位置代码。一旦信号通过它们并出现在接收器处，那么它就具有有关滑块位错的特定独特信息。这些编码器最常用于需要特定和精确位移的系统中，例如CNC、电梯、折弯机、液压缸、铣床、线性执行器、铣床等。

增量式线性编码器

这些编码器用于检测相对于特定点的位置偏移。在该编码器中，刻度上的标记彼此相同。一旦设备关闭，最新位置状态信息就会消失。因此，它需要一些特定的点来在秤的表面上进行导航。这些编码器经常用于执行一些简单的操作，其中特定角度不太重要，例如电梯、传送带、起重机、步进电机、磨床、坐标镗床等。

磁线性编码器

磁性线性编码器利用磁读头分析磁通量的变化来分析位移。该编码器的标尺包括一组磁极，这些磁极经过磁性编码，并根据条带类型以精确的方法排列。一旦滑块经过磁带上的每个磁极，传感器就会读取磁场内的电流变化。然后，传感器通过编码位置评估所有获得的数据。

与光学型编码器相比，这些类型的编码器更耐用，并且经常用于暴露于碎片、液体污染、污垢、振动、污染、蒸汽和其他类型的生态干扰的环境中。这些编码器的性能很容易受到钢或铁磁性芯片的影响，因为它们会干扰磁场。

光学线性编码器

光学线性编码器使用激光或光束信号。为了提高光脉冲的质量和方向，设计中还安装了额外的元件。为了执行此操作，将不透明或透明区域定位为刻度上的标记。一般来说，光学标尺由塑料、玻璃或有时由铝制成。光学技术可以让线性测量达到最大的精度和分辨率。但精度可能会受到传感器、测量表面之间间隙内的固体颗粒或污染、振动和机械冲击的显着影响。

线性编码器接线方法

执行数据采集的线性编码器接线如下所示。该接线使用线性编码器、传感器、Arduino和USB。线性编码器测量通过Arduino板的数字输入进入。

来自传感器球体（IMU1）和传感器基座（IMU2）的测量值也通过I2C串行总线通过Arduino板。此外，Arduino板还计算编码器的线速度、球形运动内部平台与传感器底座之间的相对角度，以及传感器球体与底座之间的相对加速度。无论在何处应用通过LabView软件开发的算法，这些数据都会通过USB进入PC。之后，可以测量流体速度并与通过线性编码器获得的速度进行比较。

如何选择线性编码器？

线性编码器的选择可以根据需要考虑的不同因素来完成，例如测量长度、分辨率、精度等，具体考虑以下几方面因素：

• 在选择线性编码器之前，首先要考虑的是应用需要什么样的反馈。
• 为你的应用选择此类编码器主要取决于不同的输出、读取类型等。
• 测量范围是距离测量范围或测量的最大距离。
• 这取决于分辨率，即该编码器可以进行的最小距离测量量。
• 它是基于电气或数字输出，如模拟电压、模拟电流、光纤、并行、SSI或串行。
• 分辨率是编码器检测到的最小运动量；高、低、中。
• 它基于精度，即编码器的实际位置与读出位置之间的差异。
• 线性度是测量距离与高于测量范围的o/p距离之间的最大差值。
• 编码器速度是编码器可以工作的最大机械速度。
• 工作温度是设备应工作的温度范围。

优缺点

线性编码器的优点包括以下几方面内容：

• 安装很容易。
• 使用简单且价格实惠。
• 具有高分辨率、高刻度精度和重复性
• 运行速度很高。
• 具有较大的安装公差。
• 防尘、防油和恶劣的生态条件
• 不需要维护和清洁。
• 对振动和冲击具有很高的耐受性。
• 可靠性高

编码器的缺点包括以下几点内容：

• 如果编码器类型选择不正确且安装不正确，则可能会发生错误。
• 如果提高准确度，那么就必须提高通道数。
• 只能测量线性移动的物体。

应用领域

线性编码器的应用包括以下内容。

• 这些类型的编码器用于测量和定位系统等两个主要领域。测量主要包括激光扫描仪、坐标测量机或坐标测量机、卡尺、牵引力测试仪、数字读数、齿轮测量和运动控制。定位系统主要包括阀门、伺服电机系统、机床、机器人、半导体测试设备、焊线机、数字印刷机和打印机。
• 这些编码器通过上述一种接触器用于不同的机床，如三坐标测量机、卡尺、数控机床和步进电机。
• 它们用于滚轮中，用于测量滚珠之间的纵向距离
• 这些产品用于铣床、电梯、折弯机、线性执行器、液压缸、步进电机、坐标镗床、输送起重机、磨床等。
• 有助于检测距离、速度、位移和方向，并通过纳米精度控制左右线性运动。
• 这种类型的编码器是监控交流电机、伺服电机和步进驱动系统等系统的位置、速度和控制的绝佳选择。
• 该编码器可以监控电机的线性运动。
• 这些编码器用于使用步进或伺服电机的线性系统，以提高机器的性能和工艺质量。
• 该编码器用于伺服应用中以监控负载的实际位置。
• 线性编码器专门设计用于线性行程而不是旋转行程的地方。
• 这些编码器是焊接、精密加工和激光应用所必需的。

线性编码器和旋转编码器区别

线性编码器和旋转编码器是两种测量和检测设备，它们用于测量物体的位置、速度和方向。它们在工作原理、应用和测量范围等方面存在明显的区别：

1. 测量方向：

   • 线性编码器：用于测量物体在直线轨道上的位置和运动，通常是在直线运动系统中使用。它们提供沿着直线轴的位置信息。
   • 旋转编码器：用于测量物体的旋转运动，通常是在旋转轴上使用，如电机轴或机械臂关节。它们提供有关旋转轴的位置和速度信息。

2. 工作原理：

   • 线性编码器：通常使用一个或多个光电传感器来检测物体上的标志性标记或条纹，然后将这些信号转换为位置信息。常见的类型包括光栅线性编码器和磁性线性编码器。
   • 旋转编码器：通常使用一个或多个光电传感器来检测旋转轴上的标志性标记或条纹，然后将这些信号转换为角度信息。旋转编码器分为绝对编码器和增量编码器，前者提供绝对位置信息，后者提供相对位置信息。

3. 测量范围：

   • 线性编码器：测量范围通常较短，适用于需要在较短距离内精确测量直线位置的应用。
   • 旋转编码器：测量范围通常较大，可用于测量旋转轴的完整圈数，提供更广泛的测量。

4. 应用：

   • 线性编码器：常用于数控机床、印刷机器、电子标尺和其它需要直线定位和测量的应用。
   • 旋转编码器：常用于电机控制、航空航天、机器人、相机镜头定位以及其它需要测量旋转运动的应用。

常见问题

线性编码器测量什么？

答：线性编码器用于测量物体的线性运动。

什么是编码精度？

答：编码精度是相似位置处的连续测量彼此变化的量。

编码器可以互换吗？

答：编码器通常可以轻松地与其它编码器互换。

总结

以上就是关于线性编码器的工作原理及其应用的概述。线性编码器必须经过校准才能获得高精度。该编码器的校准数据可以存储在计算机中，并校正编码器的读数值。因此，编码器的校准对于通过简单地确保测试设备的精度来减少任何测量不确定性非常重要。校准措施并将测量过程中的不确定性或误差控制在适当的水平。编码器的校准对于消除不对中、细分误差和偏心具有重要意义。否则，可能会降低编码器的精度。