Резольверы хороши. Энкодеры тоже хороши. Но что из них лучше? Ответ зависит от того, для чего их предстоит использовать. В этой статье описаны принципы работы этих приборов и рассмотрены их преимущества и недостатки, а также перечислены некоторые альтернативы.

Что такое резольвер?

Резольвер — это электрический трансформатор, используемый для измерения угла поворота. Большинство резольверов похожи на электрические двигатели: у них медная обмотка на статоре и приточенный металлический ротор. Индуктивная связь между обмотками трансформатора изменяется в зависимости от угла. Таким образом, если отправить на резольвер сигнал переменного тока и измерить выходной сигнал на обмотках трансформатора, в результате будет получен сигнал переменного тока, амплитуда которого пропорциональна углу.

Резольверы

 

Резольвер — это электрический трансформатор, используемый для измерения угла поворота.  Большинство резольверов похожи на электрические двигатели: у них медная обмотка на статоре и приточенный металлический ротор.  Индуктивная связь между обмотками трансформатора изменяется в зависимости от угла.  Таким образом, если отправить на резольвер сигнал переменного тока и измерить выходной сигнал на обмотках трансформатора, в результате будет получен сигнал переменного тока, амплитуда которого пропорциональна углу.

Хотя существует множество типов резольверов, обычно они имеют три обмотки — одну первичную и две вторичных.  Эти обмотки выполнены из медной проволоки и обычно находятся на неподвижном элементе резольвера — статоре.  Первичная обмотка используется для приема сигнала переменного тока, а вторичные обмотка — в качестве измерительной или принимающей обмотки.  На приведенной ниже схеме ротор выполнен из железа или стали и сконструирован таким образом, чтобы передавать энергию разной величины на вторичные обмотки в зависимости от своего угла поворота.  На приведенной ниже схеме выходной сигнал со вторичных обмоток будет представлен в виде синусоиды и косинусоиды.  Соответственно, отношение сигналов изменяется пропорционально углу.

Резольверы или энкодеры

Резольвер — это электрический трансформатор, используемый для измерения угла поворота 

Резольверы отличаются своей надежностью и поэтому часто используются там, где требуется высокая надежность и безопасность оборудования.

К сожалению, во многих спецификациях резольверов ошибочно указывается бесконечная разрешающая способность.  Хотя теоретически это верно, на практике — нет, т. к. большинство современных систем управления будут переведены на цифровой сигнал с конечным разрешением.  Фактическое разрешение будет зависеть от качества аналого-цифрового преобразования.

В связи с этим возникает небольшая, но важная проблема — для разработки системы на основе резольвера требуется немало специальных навыков.  Это обусловлено необходимостью создания отдельной схемы возбуждения и обработки сигнала.  Резольверы также имеют репутацию тяжелого, громоздкого и дорогого оборудования.  Их использование экономически нецелесообразно во многих основных сферах промышленности, поэтому они преимущественно используются только в тех секторах, где капитальные затраты являются вторичными по отношению к техническим характеристикам и производительности, например в аэрокосмической и оборонной промышленности.

Преимущества – Надежность, прочность, точность, долговечность
Недостатки – Большой размер и вес, высокая цена, необходимость специальных навыков и знаний для выбора и внедрения

Что такое оптический датчик положения?

Вращающийся датчик положения, также называемый датчиком положения вала, представляет собой устройство, преобразующее угловое положение или движение в аналоговый или цифровой код. Существует два типа таких датчиков: абсолютные и инкрементальные (относительные). Выходные данные абсолютных энкодеров позволяют определить текущее положение вала, благодаря чему их можно использовать в качестве датчиков угла поворота. Выходные данные инкрементальных энкодеров содержат информацию о движении вала, которая, как правило, отдельно преобразовывается в данные о скорости, расстоянии, частоте вращения и положении. В энкодерах могут использоваться различные методы измерения, но наиболее распространенным из них является оптический. В оптических энкодерах источник излучает свет сквозь или на вращающийся диск, маркировка на котором блокирует или пропускает луч света. Оптический датчик определяет прохождение света и генерирует соответствующий электрический импульс. Для измерения угла или перемещения можно использовать оптическую шкалу с нанесенной на ней разметкой. Шаг шкалы может быть очень мелким — вплоть до нескольких микрон.

Oптические энкодеры

В оптических энкодерах используются оптический датчик и оптический диск для измерения угла 

Тридцать лет назад в большинстве случаев использовались резольверы, а не оптические энкодеры,  но в настоящее время ситуация изменилась.  Основным фактором, обусловившим такое изменение, стало появление множества различных энкодеров от самых разных производителей.  В отличие от резольверов, оптические энкодеры не требуют установки дополнительной электроники.  Их выходной сигнал сразу же можно использовать в главной системе управления.  Кроме того, их легче выбирать и внедрять.  Главный недостаток таких датчиков заключается в том, что они не рассчитаны на неблагоприятные условия эксплуатации, например вибрации, удары, наличие посторонних предметов или экстремальных температур.  Выявить предстоящий сбой заранее практически невозможно.

Преимущества – Высокая разрешающая способность, широкая доступность, высокая точность
Недостатки – Хрупкость, восприимчивость к посторонним веществам, возможность катастрофического отказа, ограниченный температурный диапазон (от –20 до +70 oC)

Что такое индуктивный датчик положения?

В последние годы приобрело популярность новое поколение устройств — индуктивные датчики положения.  Индуктивные энкодеры можно рассматривать как гибрид резольверов и оптических энкодеров.  В индуктивных энкодерах (или инкодерах) используются те же физические принципы, что и в резольверах, но они отличаются меньшей ценой и весом, а также большей компактностью и точностью.  Важно отметить и простоту их использования, т. к. для работы инкодеров необходим только источник постоянного тока, а их выходной цифровой сигнал содержит информацию об абсолютном угле, как и у абсолютных оптический энкодеров.  Проблема наличия специальных навыков также неактуальна, потому что для энкодеров не требуется отдельная схема обработки сигнала — вся необходимая электроника уже встроена в статор энкодера.  Это означает, что инкодеры обладают всеми преимуществами резольверов, но лишены всех их недостатков.

Поскольку в инкодерах не используются хрупкие оптические компоненты, они не чувствительны к наличию посторонних веществ и могут работать в широком диапазоне температур.  В некоторых случаях специализированные приборы использовались при температурах от –170 до +230 °C.

индуктивные датчики
Примеры индуктивных энкодеров

В отличие от традиционной медной обмотки резольверов, в инкодерах используются печатные платы.  В них, как и в резольверах, есть статор и ротор, а поскольку точное позиционирование статора и ротора не требуется, то в приборе не используются подшипники.

Поскольку инкодеры работают на печатных платах, а не обмотках, их показания отличаются очень высокой точностью.  Обычно погрешность меньше 1 угловой минуты, а разрешающая способность и воспроизводимость меньше 1 угловой секунды.  Простота конструкции инкодеров позволяет легко настраивать их в соответствии с требованиями конкретных задач.

Инкодеры доступны в широком диапазоне размеров (диаметр — до 600 мм) и широко используются в различных станках, карданных системах, а также в оборудовании аэрокосмического, оборонного и медицинского назначения.

Преимущества – Высокая разрешающая способность, точность, надежность, прочность, длительный срок службы, допустимое отсутствие соосности
Недостатки – Диапазон рабочих температур выше, чем у оптических энкодеров, но не такой высокий, как у резольверов

Connect with Zettlex

Ask a question

Technical support

This website uses cookies to provide you with the best user experience and site functionality, and provides us with enhanced site analytics. By continuing to view this site without changing your web browser settings, you agree to our use of cookies. To learn more, please view our privacy policy.