絕對位置編碼器是如何工作的？

我們最近嘗試著從電機上拆除了Hengstler編碼器系統(tǒng)，是一款為重載設(shè)計的，具有IP65外殼，包括一個堅固的軸承。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多個計數(shù)位，并通過所謂的SSI連接以二進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)議可能是新的知識點。SSI（串行同步接口）是一種廣泛使用的串行接口，用于連接絕對位置傳感器和控制器。SSI使用控制器發(fā)出一系列時鐘脈沖，以初始化傳感器的閾值輸出。典型的SSI連接有六根導線：兩根用于時鐘信號，兩根用于數(shù)據(jù)，兩根用于電源和接地。控制器提供時鐘脈沖，因此編碼器不必生成時鐘。每次Hengstler編碼器接收到時鐘脈沖時，它都會在移位寄存器的輸出引腳上提供一個新的數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)流反映代表特定軸位置的二進制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。電纜末端位于機箱背面的連接器中。

當取下外殼的時候，有一點讓人驚訝：外殼內(nèi)部基本上是空的。你看到的不是編碼器的內(nèi)部，而是另一個較小的金屬外殼。因此，外殼對元件進行密封，并確保編碼器軸上有一個堅固的軸承。


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

像這種電機這樣的絕對編碼器通常被稱為威根線傳感器，因為它們使用威根線來感應(yīng)旋轉(zhuǎn)。韋根線實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，它有一個硬磁外殼和一個軟磁芯。外殼具有高磁化電阻。當磁鐵靠近導線放置時，外殼會屏蔽內(nèi)部軟核，使其免受磁場的影響，直到磁場足夠高，此時整個導線（包括外殼和磁芯）會快速切換磁化極性。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，并且與外部磁場的變化率完全無關(guān)，即使它發(fā)生得很慢。利用韋根效應(yīng)的一個典型應(yīng)用是將韋根線放置在線圈的中心，并將兩個磁鐵連接到旋轉(zhuǎn)軸上，以根據(jù)磁化產(chǎn)生脈沖。


在主板的中央是一個Melexis芯片，可能還有一個ARM的MCU。

Hengstler編碼器中旋轉(zhuǎn)的一對磁鐵使韋根線傳感器每轉(zhuǎn)發(fā)出兩個脈沖。但你可能想知道，當維根導線每轉(zhuǎn)僅產(chǎn)生兩個脈沖時，如何從編碼器中獲得4096個不同的代碼。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解碼從0到360度的絕對旋轉(zhuǎn)或角度位置。


我們在Hengstler編碼器板上發(fā)現(xiàn)的唯一其他可識別芯片是一個閃存芯片，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，但芯片上沒有明確的標簽。

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