從內(nèi)部結(jié)構(gòu)解析AVTRON絕對式編碼器的工作原理

近日，我們拆解了Avtron編碼器系統(tǒng)，這是一款專為重載而設(shè)計(jì)的，外殼具有IP65等級，并包括一組堅(jiān)固的軸承。它還可以在更大的溫度范圍內(nèi)工作。擁有的特定單元每轉(zhuǎn)可輸出超過 8000 個(gè)計(jì)數(shù)位，并以二進(jìn)制形式提供關(guān)于所謂的 SSI 連接的位置信息。

如果您對絕對式編碼器不太熟悉，SSI 協(xié)議可能是新事物。SSI（串行同步接口）是連接絕對式編碼器和控制器的廣泛應(yīng)用的串行接口。SSI利用控制器發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘脈沖序列，初始化傳感器的門限輸出。典型的 SSI 連接有六根線：兩根用于時(shí)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(shí)鐘脈沖，因此編碼器不需要生成時(shí)鐘。每次編碼器接收到一個(gè)時(shí)鐘脈沖，它都會在移位寄存器的輸出引腳上提供一個(gè)新的數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)流反映表示特定軸位置的二進(jìn)制 12 或 14 位，然后重復(fù)。



該產(chǎn)品包含Avtron編碼器的電子設(shè)備和外殼兩部分。電纜終止于外殼后端的接頭中。

當(dāng)卸下外殼時(shí)，感到了一絲驚訝：外殼內(nèi)部基本上是空的。您看到的不是編碼器內(nèi)部，而是另一個(gè)較小的金屬外殼。因此，外殼可以提供對元件的密封，并將堅(jiān)固的軸承固定在編碼器軸上。



內(nèi)殼通過螺釘連接到編碼器軸上。由于采用壓接方式，因此必須露出實(shí)際的絕對編碼器電子設(shè)備。

像這種電機(jī)的絕對編碼器通常被稱為韋根線傳感器，因?yàn)樗鼈兇_實(shí)使用韋根線感應(yīng)旋轉(zhuǎn)。韋根線實(shí)際上是一種特殊制備的維卡合金線（如釩鐵鈷）。特殊的材質(zhì)使其具有硬磁外殼和軟磁芯。外殼具有很高的抗磁化能力。如果將磁鐵靠近導(dǎo)線，外殼會屏蔽內(nèi)部軟芯免受磁場影響，直到磁場變得足夠高，此時(shí)整根導(dǎo)線——包括外殼和內(nèi)核——將迅速切換磁化極性。這種切換會在幾微秒內(nèi)發(fā)生。這種轉(zhuǎn)換就是所謂的韋根效應(yīng)。



韋根效應(yīng)的一個(gè)重要特征是，每次磁極化反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量是恒定的，并且完全獨(dú)立于外部磁場的變化率，即使這種情況發(fā)生得很慢。利用韋根效應(yīng)的典型應(yīng)用是將韋根線放在線圈的中間，兩個(gè)磁鐵連接到旋轉(zhuǎn)軸上就可以根據(jù)磁化產(chǎn)生脈沖。



PCB 中心有一顆Melexis 芯片和可能是ARM的MCU。

Avtron編碼器中旋轉(zhuǎn)的一對磁鐵使韋根線傳感器每一圈輸出兩個(gè)脈沖。但是您可能想知道，當(dāng)韋根線每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生兩個(gè)脈沖時(shí)，如何從編碼器中獲得 4,096 個(gè)不同的代碼。答案在 PCB 的另一面。電路板中間是Melexis的特殊霍爾傳感器 IC。傳統(tǒng)的平面霍爾技術(shù)僅對垂直施加到 IC 表面的通量密度敏感。但是，由于在 CMOS 芯片上采用了一種特殊材料，Melexis 芯片對平行于 IC 表面施加的通量密度很敏感。這允許芯片使用通量密度的方向分量來解碼 0 到 360 度的絕對旋轉(zhuǎn)或角度位置。



我們在Avtron編碼器板上發(fā)現(xiàn)的唯一其他可識別芯片是閃存芯片，可能用于跟蹤編碼器的起始位置。板上還有另一個(gè)芯片，我們懷疑它是 ARM 處理器，但芯片標(biāo)記不明確。

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