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德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應(yīng)用
點擊次數(shù)：4491 發(fā)布時間：2011-3-21
德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應(yīng)用
HEIDENHAIN 海德漢值編碼器是利用霍爾型傳感器對于磁場變化感應(yīng)而工作的編碼器，也稱為霍爾磁電值編碼器，與光學(xué)式值編碼器一樣，為非接觸式值，用于測量整個360°范圍內(nèi)的角度。
霍爾磁電值編碼器工作原理有多種，主要的是如下兩種（如圖）
磁場周邊感應(yīng)型：
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磁場下方（上方）感應(yīng)型：
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永磁體N/S將在空間產(chǎn)生一個磁場，這樣的磁場存在類似于“地圖”，下圖為磁場“地圖”示意圖：
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測量角度時，HEIDENHAIN 海德漢編碼器軸轉(zhuǎn)動，帶動旋轉(zhuǎn)雙極磁鐵，霍爾元件可以檢測到磁鐵的磁場變化，獲得一個模擬量周期曲線，經(jīng)過模擬前端的A/D轉(zhuǎn)換和DSP計算芯片處理而獲得位置變化，如有4個霍爾組件，可獲得對角布置傳感器的差分信號的變化曲線，通過內(nèi)部芯片的比較，可以更好地去除由于外部磁場、溫度所帶來的偏差，獲得更高的準(zhǔn)確度。為實現(xiàn)這一功能，計算芯片采用了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機（CORDIC）技術(shù)，來計算Hall陣列信號的角度和幅值。講的通俗一點，就是磁鐵產(chǎn)生磁場“地圖”，多個磁感應(yīng)霍爾傳感器識別“地圖”，并感應(yīng)“地圖”變化，計算出位置（角度）。
因高速DSP計算芯片的出現(xiàn)及坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機（CORDIC）技術(shù)，這種A/D轉(zhuǎn)換、識別、比較、計算、快速輸出才能夠得以實現(xiàn)，這也是近年磁電值編碼器能高速發(fā)展的原因。
由于永磁體的磁場基本上變化很小，這種“地圖”識別就是“值”的，這種角度測量方式可即時指示磁鐵的角度位置，其分辯率目前已有達到16位，并能夠以數(shù)字化數(shù)據(jù)輸出信號。
德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應(yīng)用
然而盡管目前HEIDENHAIN 海德漢值編碼器有些已經(jīng)達到了16位的高分辨率，但是精度卻無法和光學(xué)值編碼器相比，因為永磁體的穩(wěn)定性，受外界磁場、溫度的變化仍然是存在的，更主要的是，永磁體的材料的特性使N/S分界及磁場分布無法達到很高的精度，而無法與光學(xué)刻線精度相比，這就限制了這種磁電編碼器精度的提高，過分提高磁電值編碼器的分辨率也就失去了意義。
HEIDENHAIN 海德漢值編碼器不僅僅是單圈值，通過增加機械齒輪組同樣可以實現(xiàn)多圈的值測量，而上有些較通用的做法是磁電方法與光學(xué)方法在單圈與多圈齒輪組上的混合應(yīng)用。
磁電值編碼器的優(yōu)缺點：
優(yōu)點：非接觸式測量，值信號，不怕干擾、停電。
沒有光學(xué)組件，不怕振動、灰塵、潮濕。
溫度范圍寬，可經(jīng)受高低溫沖擊。
結(jié)構(gòu)簡單，安裝寬容度大。
沒有多碼道，錯碼率低。
缺點：模數(shù)轉(zhuǎn)換，犧牲響應(yīng)速度。
精度有限。
其中，與光學(xué)編碼器比較，不怕振動、灰塵、潮濕、可經(jīng)受高低溫沖擊，這些特性在某些應(yīng)用領(lǐng)域，如精度要求不高，但使用條件惡劣的情況下，遠遠優(yōu)于光學(xué)值編碼器，這些正在為越來越多人的認(rèn)識，這其中，磁電值編碼器應(yīng)用的*當(dāng)屬德國STEGMANN的ATM60了。
德國STEGMANN公司（現(xiàn)已經(jīng)與德國SICK合并）是較早將磁電值編碼器推向市場的廠家之一，其代表作就是ATM60多圈值了，推出已近十年，其設(shè)計以抗振動達到20G（一般光學(xué)碼盤為10G），適用于鋼鐵、冶金、起重機械、工程機械及沖壓機械等振動較嚴(yán)重的場合，以不怕潮濕與灰塵，外殼防護等級達到IP67（轉(zhuǎn)軸IP65），適用于港口機械、水利機械、環(huán)保機械等水氣、海風(fēng)環(huán)境惡劣的場合。在國內(nèi)的引進設(shè)備，如寧波北侖港的進口起重設(shè)備，寶鋼的進口設(shè)備中，都有這款編碼器的影子， 而在國內(nèi)的一些出口項目和重點工程項目中，如上海振華港機的出口項目，上海寶鋼的煉鋼氧槍定位改造項目，四川二灘的閘門高度控制改造項目中，都選用了這一款編碼器，適用效果的確令客戶滿意。
可喜的是，這樣的磁電值編碼器國內(nèi)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，而上海精浦機電不僅僅實現(xiàn)了單圈值磁電編碼器，同時也實現(xiàn)了齒輪組真多圈的磁電（或混合型）值編碼器，性能指標(biāo)*達到了國外同類產(chǎn)品水平（如ATM60），經(jīng)過幾年的使用下來，已經(jīng)廣泛獲得如軍工、水利、鋼鐵、工程機械等各方面用戶的好評。
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