德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應用

德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應用
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而工作的編碼器，也稱為霍爾磁電值編碼器，與光學式值編碼器一樣，為非接觸式值，用于測量整個360°范圍內的角度。
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）
磁場周邊感應型：
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磁場下方（上方）感應型：
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永磁體N/S將在空間產生一個磁場，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 海德漢編碼器軸轉動，帶動旋轉雙極磁鐵，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，經過模擬前端的A/D轉換和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，獲得更高的準確度。為實現這一功能，計算芯片采用了坐標旋轉數字計算機（CORDIC）技術，來計算Hall陣列信號的角度和幅值。講的通俗一點，就是磁鐵產生磁場“地圖”，多個磁感應霍爾傳感器識別“地圖”，并感應“地圖”變化，計算出位置（角度）。
因高速DSP計算芯片的出現及坐標旋轉數字計算機（CORDIC）技術，這種A/D轉換、識別、比較、計算、快速輸出才能夠得以實現，這也是近年磁電值編碼器能高速發展的原因。
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，并能夠以數字化數據輸出信號。

 德國HEIDENHAIN 海德漢值編碼器的原理及應用
然而盡管目前HEIDENHAIN 海德漢值編碼器有些已經達到了16位的高分辨率，但是精度卻無法和光學值編碼器相比，因為永磁體的穩定性，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多圈的值測量，而上有些較通用的做法是磁電方法與光學方法在單圈與多圈齒輪組上的混合應用。
磁電值編碼器的優缺點：
優點：非接觸式測量，值信號，不怕干擾、停電。
沒有光學組件，不怕振動、灰塵、潮濕。
溫度范圍寬，可經受高低溫沖擊。
結構簡單，安裝寬容度大。
沒有多碼道，錯碼率低。
缺點：模數轉換，犧牲響應速度。
精度有限。
其中，與光學編碼器比較，不怕振動、灰塵、潮濕、可經受高低溫沖擊，這些特性在某些應用領域，如精度要求不高，但使用條件惡劣的情況下，遠遠優于光學值編碼器，這些正在為越來越多人的認識，這其中，磁電值編碼器應用的*當屬德國STEGMANN的ATM60了。
德國STEGMANN公司（現已經與德國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，其設計以抗振動達到20G（一般光學碼盤為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重的場合，以不怕潮濕與灰塵，外殼防護等級達到IP67（轉軸IP65），適用于港口機械、水利機械、環保機械等水氣、海風環境惡劣的場合。在國內的引進設備，如寧波北侖港的進口起重設備，寶鋼的進口設備中，都有這款編碼器的影子， 而在國內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已經能夠實現國產化，而上海精浦機電不僅僅實現了單圈值磁電編碼器，同時也實現了齒輪組真多圈的磁電（或混合型）值編碼器，性能指標*達到了國外同類產品水平（如ATM60），經過幾年的使用下來，已經廣泛獲得如軍工、水利、鋼鐵、工程機械等各方面用戶的好評。

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