旋转变压器与编码器的问题

有关旋转变压器与编码器的问题，介绍了旋转变压器的特点，编码器的分类：绝对式编码器、增量式编码器，以及编码器的原理，全息光栅的特点等，感兴趣的朋友参考下。

旋转变压器与编码器的问题

简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。

当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。

旋转变压器，是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。

旋转变压器结构与自整角电机相似，工作原理也与一般变压器基本相同。旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故又称为解算器。

旋转变压器广泛应用在民用和军事工程的伺服系统中作为测角元件、坐标变换元件和解算装置。

 一、旋转变压器的特点

1、对电磁干扰敏感以及解码复杂等缺点2能在一些比较恶劣的环境条件下工作。

2、在环境恶劣的钢铁行业、水利水电行业，旋转变压器因为其防护等级高同样获得了广泛的应用。

3、光电编码器，它精度高，抗干扰能力强，接口简单使用方便

二、编码器

1、编码器

编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“１”还是“０”。

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

绝对式编码器的每一个位置对应一个确码区。1当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。2从代码数大小的变化可以判别真反方向和位移所处位置。3测量范围是0----360.4视频编码器广泛应用于行走机械、数控机床、电梯、伺服电机、流量计、纺织机械、冶金机械、注塑机械、印刷包装机械、自动化仪器仪表等各种工业自动化测控领域。

绝对型旋转光电编码器，因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆，已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

2、从增量式编码器到绝对式编码器

旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。(电工天下 www.dgjs123.com)在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机，我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。

这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置)，于是就有了绝对编码器的出现。

绝对型旋转光电编码器，因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆，已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。

绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，绝对编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出，德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出)。

3、编码器工作原理：

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

4、光栅

光栅尺是通过摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器. GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。

一般情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波.输出信号再经过数显系统细分处理，分辨率是光栅周期除以信号细分数，经过电子信号细分处理分辨率可为5um或1um。

圆点光栅，就是由若干个圆点整齐排列组成的特殊光栅。每一个圆点都是一个微型的放大镜。跟常用的柱镜光栅不同，柱镜光栅是竖条纹。圆点光栅是一个个分离的独立的圆点。主体层一般只有单一的一层，也就是只有一个平面，没有立体细节，上下靠圆点底纹来衬托主体层的纵深效果。

立体表现形式比较单一。

5、全息光栅的特点

1)、无鬼线，杂散光极小。

2)、衍射效率较低，全息光栅的槽形通常为近似正弦波形，这种槽形不具备闪耀条件，没有明显的闪耀特性。据称，采用“离子蚀刻”技术的全息光栅，使光栅衍射效率得到较大提高。

3)、分辨率高

由于全息技术使光栅刻线总数大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅度得到提高。

光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱．光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。

《表面有分布均匀的柱镜，通过折射让人两眼同时看到两幅不同角度的画面，从而形成立体感还有种是狭缝光栅，是通过小孔成像的原理让人两眼同时看到两幅不同角度画面的 》

磁栅(磁性标尺、拾磁磁头和位置检测)

利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器，成本较低且便于安装和使用。当需要时，可将原来的磁信号(磁栅)抹去，重新录制。还可以安装在机床上后再录制磁信号，可以消除安装误差和机床本身的几何误差。

磁栅的重要特点有两个：一个是磁栅尺与磁头处于接触式的工作状态。磁栅的工作原理是磁电转换，考虑到空气的磁阻很大，为保证磁头有稳定的输出信号幅度，所以磁栅尺与磁头之间不允许存在较大和可变的间隙，最好是接触式的。

因此，带型磁栅在工作时磁头是压入于磁带上的，这样即时带面有些不平整，磁头与磁带也能良好的接触。线型磁栅的磁栅尺和磁头之间约有0.01mm的间隙，由于装配和调整不可能达到理想状态，故实际上线型磁栅也处于准接触式的工作状态。

磁栅尺是磁栅数显系统的基准元件。显然，波长就是磁栅尺的长度计量单位。任一被测长度都可用与其对应的若干磁栅波长之和来表示。利用与录音技术相似的方法，通过录磁头在磁性尺(或盘)上录制出间隔严格相等的磁波这一过程称为录磁。已录制好磁波的磁性尺称为磁栅尺。磁栅尺上相邻栅波的间隔距离称为磁栅的波长，又称为磁栅的节距(栅距)。