絕對(duì)位置編碼器是如何工作的？

我們最近嘗試著從電機(jī)上拆除了Hengstler編碼器系統(tǒng)，是一款為重載設(shè)計(jì)的，具有IP65外殼，包括一個(gè)堅(jiān)固的軸承。它還可以在更寬的溫度范圍內(nèi)工作。它特定單元每轉(zhuǎn)可輸出8000多個(gè)計(jì)數(shù)位，并通過(guò)所謂的SSI連接以二進(jìn)制形式提供位置信息。

如果您是工業(yè)編碼器的新手，SSI協(xié)議可能是新的知識(shí)點(diǎn)。SSI（串行同步接口）是一種廣泛使用的串行接口，用于連接絕對(duì)位置傳感器和控制器。SSI使用控制器發(fā)出一系列時(shí)鐘脈沖，以初始化傳感器的閾值輸出。典型的SSI連接有六根導(dǎo)線：兩根用于時(shí)鐘信號(hào)，兩根用于數(shù)據(jù)，兩根用于電源和接地。控制器提供時(shí)鐘脈沖，因此編碼器不必生成時(shí)鐘。每次Hengstler編碼器接收到時(shí)鐘脈沖時(shí)，它都會(huì)在移位寄存器的輸出引腳上提供一個(gè)新的數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)流反映代表特定軸位置的二進(jìn)制12或14位，然后重復(fù)。


該產(chǎn)品包含電子設(shè)備和編碼器外殼。電纜末端位于機(jī)箱背面的連接器中。

當(dāng)取下外殼的時(shí)候，有一點(diǎn)讓人驚訝：外殼內(nèi)部基本上是空的。你看到的不是編碼器的內(nèi)部，而是另一個(gè)較小的金屬外殼。因此，外殼對(duì)元件進(jìn)行密封，并確保編碼器軸上有一個(gè)堅(jiān)固的軸承。


內(nèi)殼用螺釘固定在旋轉(zhuǎn)編碼器軸上。由于壓接過(guò)程，絕對(duì)編碼器的實(shí)際電子元件必須暴露出來(lái)。

像這種電機(jī)這樣的絕對(duì)編碼器通常被稱為威根線傳感器，因?yàn)樗鼈兪褂猛€來(lái)感應(yīng)旋轉(zhuǎn)。韋根線實(shí)際上是一種特制的維卡合金線（如釩鐵鈷）。由于材料的特殊性，它有一個(gè)硬磁外殼和一個(gè)軟磁芯。外殼具有高磁化電阻。當(dāng)磁鐵靠近導(dǎo)線放置時(shí)，外殼會(huì)屏蔽內(nèi)部軟核，使其免受磁場(chǎng)的影響，直到磁場(chǎng)足夠高，此時(shí)整個(gè)導(dǎo)線（包括外殼和磁芯）會(huì)快速切換磁化極性。這種切換發(fā)生在幾微秒之內(nèi)。這種轉(zhuǎn)換就是所謂的威根效應(yīng)。


韋根效應(yīng)的一個(gè)重要特征是，任何磁極化反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量都是恒定的，并且與外部磁場(chǎng)的變化率完全無(wú)關(guān)，即使它發(fā)生得很慢。利用韋根效應(yīng)的一個(gè)典型應(yīng)用是將韋根線放置在線圈的中心，并將兩個(gè)磁鐵連接到旋轉(zhuǎn)軸上，以根據(jù)磁化產(chǎn)生脈沖。


在主板的中央是一個(gè)Melexis芯片，可能還有一個(gè)ARM的MCU。

Hengstler編碼器中旋轉(zhuǎn)的一對(duì)磁鐵使韋根線傳感器每轉(zhuǎn)發(fā)出兩個(gè)脈沖。但你可能想知道，當(dāng)維根導(dǎo)線每轉(zhuǎn)僅產(chǎn)生兩個(gè)脈沖時(shí)，如何從編碼器中獲得4096個(gè)不同的代碼。答案在 PCB 的另一面。在電路板的中間是Melexis的特殊霍爾傳感器IC。傳統(tǒng)的平面霍爾技術(shù)僅對(duì)垂直于IC表面的磁通密度敏感。然而，由于在CMOS芯片上使用了特殊材料，Melexis芯片對(duì)平行于IC表面的磁通密度非常敏感。這允許芯片使用通量密度的方向分量來(lái)解碼從0到360度的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)或角度位置。


我們?cè)贖engstler編碼器板上發(fā)現(xiàn)的唯一其他可識(shí)別芯片是一個(gè)閃存芯片，可能用于跟蹤編碼器的起始位置。電路板上還有一塊芯片，我們懷疑它是ARM處理器，但芯片上沒(méi)有明確的標(biāo)簽。

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