Терминология энкодеров
Эта страница систематически собирает и подробно объясняет распространённые и важные технические термины в области энкодеров, охватывая электрические параметры, выходные сигналы, механическую конструкцию, протоколы связи, адаптацию к окружающей среде, калибровку точности, функциональную безопасность, ограничения нагрузки и многие другие аспекты. Она предназначена для инженеров, системных интеграторов, исследователей и разработчиков, специалистов по техническим закупкам, а также для пользователей, которые хотят более детально изучить сферу энкодеров.
Терминология выходных сигналов энкодера
| Термин | Английское сокращение | Определение |
|---|---|---|
| Разрешающая способность | Resolution | Количество сигналов, генерируемых энкодером на единицу перемещения, используемое для оценки точности измерений. Может выражаться в PPR, CPR, битах, LPI, CPI и т.д. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Количество импульсов за один оборот; часто встречается в инкрементных вращательных энкодерах и указывает, сколько импульсов выдается за полный оборот |
| CPR | Counts Per Revolution | Количество отсчётов за оборот; обычно включает умножение частоты. Например, при четырёхкратном умножении CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Количество «точек» на дюйм, часто используется в оптическом сканировании с высоким разрешением и линейных измерениях |
| CPI | Counts Per Inch | Количество отсчётов на дюйм (1 дюйм), применяется для оценки разрешения линейного энкодера |
| LPI | Lines Per Inch | Количество линий на дюйм в оптической сетке; также используется для описания разрешения линейных энкодеров или сканеров |
| Фазы A/B | A/B Channels | Два квадратурных сигнала инкрементного энкодера, сдвинутых по фазе на 90°. Используются для определения направления вращения и подсчёта |
| Фаза Z (Z-канал) | Zero Pulse / Index | Референсный импульс, который энкодер генерирует один раз за оборот; служит для определения нулевого положения |
| Канал N | N Channel | Альтернативное название для фазы Z у некоторых производителей |
| U/V/W | — | Каналы коммутации сервомотора, применяются для электронной коммутации или определения фазы двигателя |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Стандартный цифровой логический уровень 5В, подходит для высокоскоростной передачи импульсов на короткие дистанции |
| HTL | High Threshold Logic | Логика с уровнем напряжения 10–30 В, обладает высокой помехозащищённостью, подходит для промышленных условий |
| Open Collector | OC | Выход с открытым коллектором, требует внешнего подтягивающего резистора; гибко согласуется с различными уровнями напряжения |
| Push-Pull | — | Выход push-pull, может управлять нагрузкой в обоих направлениях и не нуждается в подтягивающем резисторе; часто встречается в промышленных энкодерах |
| Line Driver | LD / RS422 | Дифференциальный стандарт выхода для повышения помехозащищённости, подходит для высокоскоростной передачи сигнала на большие расстояния |
| Выход по напряжению | Voltage Output | Аналоговый выход (например, 0–5 В, 0–10 В и т.д.), удобен для простой считываемой аналоговой величины |
| Выход по току | Current Output | Часто реализуется как 4–20 мА, обладает высокой помехозащищённостью, подходит для больших расстояний |
| PWM | Pulse Width Modulation | Использует широтно-импульсную модуляцию для передачи информации о положении или угле. Применяется в некоторых специализированных или индивидуальных решениях |
| 1Vpp/11µApp | — | Аналоговые сигналы синуса/косинуса, встречаются в оптических или магнитных энкодерах (линейка/грид) для высокоточной тонкой дискретизации |
Типы энкодеров, принципы работы и способы считывания
| Термин | Определение |
|---|---|
| Инкрементный энкодер | Генерирует непрерывные импульсы, указывающие приращение положения; для определения абсолютного положения необходим контроллер или счётчик, суммирующий импульсы |
| Абсолютный энкодер | Каждое положение имеет уникальный код; энкодер сохраняет положение даже при отключении питания. Подходит для систем, требующих высокой надёжности или сложных многоосевых приложений |
| Одновитковый энкодер | Измеряет положение в пределах одного оборота, не учитывая количество оборотов |
| Многовитковый энкодер | Внутренние шестерни или магнитный/индуктивный механизм фиксируют число оборотов; бывают механические и электронные варианты |
| Оптический энкодер | Использует источник света, оптическую сетку и фотоприёмник для бесконтактного измерения; обеспечивает высокое разрешение и точность |
| Магнитный энкодер | Использует эффект Холла или магниторезистивный эффект для детектирования изменений магнитного поля; менее чувствителен к пыли, маслу и грязи, пригоден для жёстких условий |
| Ёмкостный энкодер | Основан на изменении электрического поля между обкладками конденсатора; компактная конструкция, подходит для систем с ограниченным пространством и малым весом |
| Индуктивный энкодер | Измеряет угол или перемещение посредством электромагнитной индукции, обладает высокой устойчивостью к электромагнитным помехам и вибрациям |
| Комплект энкодера | Также называется Kit Encoder, модуль без корпуса, предназначенный для встраивания в двигатель или в шарнир робота и т.п. |
| Тросовый энкодер | Использует трос из стали и катушку для измерения длинных линейных перемещений (в подъёмных устройствах, воротах, кранах и т.д.) |
| Вращательный энкодер | Измеряет угол поворота и скорость вала; широко применяется в двигателях, поворотных платформах, серводрайвах |
| Линейный энкодер | Измеряет поступательные движения, часто используется в станках с ЧПУ, 3D-координатно-измерительных машинах, полупроводниковом оборудовании |
| Многоканальный энкодер | Одновременно выдаёт несколько типов сигналов (например, A/B/Z + UVW + сериальный интерфейс), удовлетворяя потребностям в коммутации двигателя, определении положения и сетевом обмене |
| Программируемый энкодер | Параметры (режим выхода, разрешение, направление и т.д.) могут быть настроены программно или специальным устройством |
| Формат кодирования | Кодовая система для абсолютного энкодера, например Gray Code, Binary, BCD, Excess Code и другие |
Протоколы связи и промышленные интерфейсы
| Протокол/Интерфейс | Определение |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: синхронный последовательный интерфейс для передачи данных абсолютных энкодеров. Обладает простой структурой и высокой помехозащищённостью |
| BiSS-C | Открытый высокоскоростной синхронный протокол, поддерживающий полнодуплексную связь и цепочечную топологию для нескольких осей; часто применяется в высокоточных абсолютных энкодерах |
| EnDat | Двунаправленный последовательный интерфейс от Heidenhain, с механизмом проверки и обратной связью с высоким разрешением |
| CANopen | Открытый протокол, основанный на шине CAN, использует объектный словарь, многокомпонентная сеть; широко применяется в промышленной автоматизации в Европе |
| Profibus-DP | Стандартная шина уровня поля (fieldbus), обеспечивает высокую скорость передачи и поддерживает циклический обмен данными; распространён в больших системах управления процессами и дискретного производства |
| DeviceNet | Протокол шины CAN от Allen-Bradley, ориентирован на простую взаимосвязь устройств и контроллеров |
| EtherCAT | Протокол промышленного Ethernet реального времени от Beckhoff, поддерживает распределённые часы и синхронизацию многоосных систем; подходит для высокоскоростного и высокоточного управления |
| PROFINET | Стандарт промышленного Ethernet, продвигаемый Siemens; сочетает IT-технологии и связь в реальном времени, подходит для автоматизации производств и технологических процессов |
| IO-Link | Точечный (point-to-point) протокол связи между датчиками и исполнительными устройствами, поддерживает интеллектуальную диагностику и удалённую настройку |
| Ethernet/IP | CIP-протокол (Common Industrial Protocol) от Rockwell, подходит для распределённых приводов, полевых устройств и SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Открытый протокол «ведущий/ведомый», подходит для удалённого ввода/вывода и распределённых систем |
| UART | Универсальный асинхронный интерфейс (например, RS232/RS485), часто встречается в простых или недорогих модулях энкодеров |
| SPI/I²C | Последовательные интерфейсы на уровне микросхем, используются в миниатюрных энкодерах или при низком потреблении |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, протокол управления движением в реальном времени через оптоволокно или Ethernet, обычно применяется в станках с ЧПУ и высокоточных сервосистемах |
Термины, связанные с установкой и механическим интерфейсом
| Термин | Определение |
|---|---|
| Сплошной вал | У энкодера центральный вал — цилиндр без отверстия; для передачи крутящего момента требуется муфта или зажим |
| Полый вал | Энкодер со сквозным отверстием в валу, монтируется прямо на вал двигателя, что уменьшает количество промежуточных звеньев |
| Полуполый вал | Полый вал, закрытый с одной стороны, совмещает экономию места и удобство установки |
| Фланцевое крепление | Крепление энкодера к оборудованию через передний или синхронный фланец; часто в соответствии со стандартом DIN (круглый или квадратный) |
| Синхронный фланец | Стандартный круглый монтажный фланец (Synchro Flange), фиксируется зажимами или винтами |
| Серво-зажимной фланец | Фланец с зажимным пазом или позиционирующими отверстиями, обеспечивает быструю центровку и крепление к серводвигателю или механической системе |
| Шаг крепёжных отверстий | Расстояние между отверстиями в корпусе энкодера; должно соответствовать поверхности крепления оборудования |
| Глубина посадки | Глубина, на которую вставляется вал или втулка энкодера; слишком маленькая может вызвать люфт, слишком большая — привести к повреждению |
| Муфта | Соединительный элемент между сплошным валом энкодера и валом двигателя/механизма; бывают гибкие муфты, сильфоны, жёсткие муфты и др. |
| Радиальная/осьвая нагрузка | Максимально допустимая радиальная или осевая нагрузка на подшипник энкодера; превышение уменьшает срок службы и ухудшает точность |
Приспособленность к окружающей среде и надёжность
| Термин | Определение |
|---|---|
| Степень IP | Степень защиты от пыли и влаги по IEC 60529 (например, IP65, IP67, IP68); более высокое число указывает на лучшую защиту |
| Рабочая температура | Диапазон температур, при котором энкодер функционирует с заявленной точностью (например, -20 °C … +85 °C) |
| Температура хранения | Допустимая температура при хранении без подачи питания |
| Вибропрочность | Выдерживаемая вибрационная нагрузка на подшипник и внутреннюю конструкцию энкодера, обычно измеряется в g |
| Ударопрочность | Предельно допустимая кратковременная высокая нагрузка/ускорение, измеряется в g |
| EMC (Электромагнитная совместимость) | Включает устойчивость к электромагнитным помехам и ограничение собственных излучаемых помех |
| ESD | Устойчивость к электростатическим разрядам (Electrostatic Discharge), показывает чувствительность энкодера к статическому электричеству |
| Уровень SIL | Safety Integrity Level (например, SIL2 или SIL3) — уровень функциональной безопасности для критичных систем (лифты, робототехника, железнодорожная сигнализация и т.д.) |
| MTBF | Среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures), характеризует общую надёжность устройства |
| RoHS / REACH | Директива об ограничении опасных веществ / Регламент о регистрации химических веществ; регламентируют экологическую и безопасную составляющую применяемых материалов |
Точность, погрешности и калибровка системы
| Термин | Определение |
|---|---|
| Системная точность | Максимальное расхождение между выходным сигналом энкодера и реальным положением; включает ошибки самого энкодера, ошибки монтажа, ошибки контроллера и т.д. |
| Разрешающая способность (минимальная дискретность) | Наименьшее различимое изменение положения, чем выше значение, тем мельче перемещения может фиксироваться |
| Повторяемость | Степень совпадения результатов при многократном возвращении в одно и то же положение; в основном зависит от механических люфтов и шумов сигнала |
| Линейная ошибка | Нелинейное отклонение между выходным значением энкодера и реальным перемещением; обычно компенсируется калибровкой или специальной обработкой (software) |
| Ошибка нулевой точки | Смещение между Z-импульсом (или сигналом исходной точки) и реальной механической нулевой точкой; устраняется центровкой или программной коррекцией |
| Ошибка кодирования | Небольшие отклонения, вызванные неточностью изготовления кодового диска, неравномерным распределением магнитных полюсов, неправильной установкой и т.д. |
| Коэффициент калибровки | Параметр для системной калибровки или линейной компенсации, помогает повысить суммарную точность |
| Обратная связь PID | В сервосистеме энкодер выступает как датчик в замкнутом контуре; пропорциональные, интегральные и дифференциальные регулировки позволяют точно следовать заданному движению |
| Hysteresis | Ошибка возвращения в положение при смене направления движения, обусловленная люфтами. Может проявляться в некоторых инкрементных энкодерах или в передающем механизме |
Другие часто употребимые термины и дополнения
| Термин | Определение |
|---|---|
| Код Грея (Gray Code) | Кодировка, при которой соседние кодовые слова отличаются лишь одним битом; снижает дребезг при переключениях; часто используется в абсолютных энкодерах |
| Двоичный код (Binary Code) | Абсолютный энкодер выдаёт результат непосредственно в двоичном виде, что упрощает обработку контроллером |
| BCD-код (Binary-Coded Decimal) | Десятичные цифры кодируются группами по 4 бита; иногда используется в старых моделях абсолютных энкодеров или измерительных приборах |
| Excess Code | Вид смещённого кода, позволяющего более плавные переходы; встречается в некоторых старых или спецсистемах абсолютных энкодеров |
| Механический многовитковый механизм (шестерни) | Во многовитковых абсолютных энкодерах шестерёнки внутри энкодера фиксируют количество оборотов |
| Электронный многовитковый | Фиксирует число оборотов с помощью внутренней схемы или магнитной памяти; не требует механических шестерён; часто используется во встроенных энкодерах бесщёточных сервомоторов (BLDC) |
| Каналы UVW | Инкрементные сигналы коммутации для синхронизации трёхфазных обмоток двигателя; распространены в серводвигателях и BLDC-приводах |
| Отношение сигнал/шум (S/N) (Signal to Noise Ratio) | Показатель соотношения уровня сигнала к шуму; характеризует ясность и стабильность выходного сигнала энкодера |
| Максимальная скорость вращения | Предельная скорость, при которой энкодер сохраняет точность и работоспособность; превышение может привести к искажению сигнала или повышенному износу подшипников |
| Максимальная линейная скорость | Максимальная скорость перемещения, которую линейный энкодер может отследить без ошибок; при превышении может не хватать полосы пропускания для инкрементного сигнала или данных |
| Резервный (избыточный) энкодер | Двойной датчик или двойной выход для отказоустойчивых применений (например, SIL3). Второй энкодер заменяет основной в случае сбоя |
Ссылки на стандарты и дополнения
- IEC 60050-351: Терминология промышленного измерения и управления
- ISO 13849: Стандарт безопасности функций оборудования (используется в безопасных энкодерах)
- IEC 60529: Определяет классы защиты оболочки (степени IP)
- IEC 61800-5-2: Требования безопасности к системам управления частотой вращения, актуально для сервоприводов с функциональной безопасностью
- CiA 406: Спецификация для устройств энкодеров в сети CANopen
- IEC 61158: Семейство промышленных полевых шин (fieldbus)
- EnDat, BiSS, SERCOS: Основные протоколы последовательной связи для энкодеров
Примечание: Определения терминов могут незначительно варьироваться в зависимости от производителей или отраслевых стандартов. Для более точной информации стоит сверяться с документацией конкретного продукта. Эта страница будет регулярно обновляться, чтобы охватить новые передовые технологии и области применения. Приглашаем вносить ваши дополнения и правки на Encoder.wiki!