德国HEIDENHAIN 海德汉值编码器的原理及应用

德国HEIDENHAIN 海德汉值编码器的原理及应用
HEIDENHAIN 海德汉值编码器是利用霍尔型传感器对于磁场变化感应而工作的编码器，也称为霍尔磁电值编码器，与光学式值编码器一样，为非接触式值，用于测量整个360°范围内的角度。
霍尔磁电值编码器工作原理有多种，主要的是如下两种（如图）
磁场周边感应型：
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磁场下方（上方）感应型：
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永磁体N/S将在空间产生一个磁场，这样的磁场存在类似于“地图”，下图为磁场“地图”示意图：
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测量角度时，HEIDENHAIN 海德汉编码器轴转动，带动旋转双极磁铁，霍尔元件可以检测到磁铁的磁场变化，获得一个模拟量周期曲线，经过模拟前端的A/D转换和DSP计算芯片处理而获得位置变化，如有4个霍尔组件，可获得对角布置传感器的差分信号的变化曲线，通过内部芯片的比较，可以更好地去除由于外部磁场、温度所带来的偏差，获得更高的准确度。为实现这一功能，计算芯片采用了坐标旋转数字计算机（CORDIC）技术，来计算Hall阵列信号的角度和幅值。讲的通俗一点，就是磁铁产生磁场“地图”，多个磁感应霍尔传感器识别“地图”，并感应“地图”变化，计算出位置（角度）。
因高速DSP计算芯片的出现及坐标旋转数字计算机（CORDIC）技术，这种A/D转换、识别、比较、计算、快速输出才能够得以实现，这也是近年磁电值编码器能高速发展的原因。
由于永磁体的磁场基本上变化很小，这种“地图”识别就是“值”的，这种角度测量方式可即时指示磁铁的角度位置，其分辩率目前已有达到16位，并能够以数字化数据输出信号。

 德国HEIDENHAIN 海德汉值编码器的原理及应用
然而尽管目前HEIDENHAIN 海德汉值编码器有些已经达到了16位的高分辨率，但是精度却无法和光学值编码器相比，因为永磁体的稳定性，受外界磁场、温度的变化仍然是存在的，更主要的是，永磁体的材料的特性使N/S分界及磁场分布无法达到很高的精度，而无法与光学刻线精度相比，这就限制了这种磁电编码器精度的提高，过分提高磁电值编码器的分辨率也就失去了意义。
HEIDENHAIN 海德汉值编码器不仅仅是单圈值，通过增加机械齿轮组同样可以实现多圈的值测量，而上有些较通用的做法是磁电方法与光学方法在单圈与多圈齿轮组上的混合应用。
磁电值编码器的优缺点：
优点：非接触式测量，值信号，不怕干扰、停电。
没有光学组件，不怕振动、灰尘、潮湿。
温度范围宽，可经受高低温冲击。
结构简单，安装宽容度大。
没有多码道，错码率低。
缺点：模数转换，牺牲响应速度。
精度有限。
其中，与光学编码器比较，不怕振动、灰尘、潮湿、可经受高低温冲击，这些特性在某些应用领域，如精度要求不高，但使用条件恶劣的情况下，远远优于光学值编码器，这些正在为越来越多人的认识，这其中，磁电值编码器应用的*当属德国STEGMANN的ATM60了。
德国STEGMANN公司（现已经与德国SICK合并）是较早将磁电值编码器推向市场的厂家之一，其代表作就是ATM60多圈值了，推出已近十年，其设计以抗振动达到20G（一般光学码盘为10G），适用于钢铁、冶金、起重机械、工程机械及冲压机械等振动较严重的场合，以不怕潮湿与灰尘，外壳防护等级达到IP67（转轴IP65），适用于港口机械、水利机械、环保机械等水气、海风环境恶劣的场合。在国内的引进设备，如宁波北仑港的进口起重设备，宝钢的进口设备中，都有这款编码器的影子， 而在国内的一些出口项目和重点工程项目中，如上海振华港机的出口项目，上海宝钢的炼钢氧枪定位改造项目，四川二滩的闸门高度控制改造项目中，都选用了这一款编码器，适用效果的确令客户满意。
可喜的是，这样的磁电值编码器国内已经能够实现国产化，而上海精浦机电不仅仅实现了单圈值磁电编码器，同时也实现了齿轮组真多圈的磁电（或混合型）值编码器，性能指标*达到了国外同类产品水平（如ATM60），经过几年的使用下来，已经广泛获得如军工、水利、钢铁、工程机械等各方面用户的好评。

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