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编码器信号电缆与传输抗干扰的解决方案,一定要知道

发布来源:天津德芃科技集团有限公司  发布日期: 2022-11-14  访问量:73

自动化行业的一些人对编码器的关注还不够,更不用说编码器信号电缆了。双绞屏蔽、越粗越好、接地再接地,看空就接地看起来有多简单?但这些模糊甚至对电缆有错误的理解,问题是现场干扰的出现,往往从简单的电缆和连接方法开始。 事实上,编码器信号电缆的技术含量相当高,包括物理基础和材料知识。基本的东西越接近物理原理,就越需要理解原理,结合基本原理、实验室实验和现场实践验证,而不仅仅依靠产品手册。

德国海德汉编码器对信号电缆一直有严格的要求。我不能在这里一次给出标准答案。我没有足够的实验室条件,只能从电磁波信号原理中推断出来。只据12年前定制的一家外国电缆制造商的编码器电缆。这家外国电缆厂原本有电缆,但我根据对海德汉电缆的理解,对编码器提出了特殊的定制要求。我喜欢的是他们有实验室条件,可以和提供我要求的参数,实验参数是固定的。我们用这根电缆已经12年了,做了很多大大小小的项目,很多知情的同行都用过,得到了认可。这家外企转向工控领域,成功制造了机器人电缆。 所谓知己知彼,百战不殆。在本文中,我们需要了解编码器信号是什么样的信号,电缆的特性是什么,干扰可能来自哪里,以便根据混合干扰环境分析对策。我在这里挑选了行业对编码器信号电缆的理解模糊甚至一些错误的问题,为行业真正的实践者提供参考和讨论,也欢迎留言讨论。

一、什么是编码器信号?

编码器信号有很多种。这里只谈增量脉冲信号和数字串行信号使用较多(SSI等信号),电子开关频率800KHz以下的。本文不讨论其他总线信号电缆、单电缆技术电缆和工业以太网电缆。(我还没听懂) 编码器信号是方波。然而,电缆的传导特性是由电磁波计算和设计的。方波不是单频电磁波。根据傅立叶分解,方波是多频电磁波的叠加组合。下图显示方波至少有N=由19个不同频率的电磁波合成。(N=表示只有一个频率的电磁波)。

因此,编码器电缆上传输的信号是从低频电磁波到高频电磁波的组合。 电磁波的频率特性: 极低频 ELF 3KHZ以下 甚低频 VLF 3-30KHZ 低 频 LF 30-300KHZ 中 频 MF 300-3MHZ 高 频 HF 3-30MHZ 甚高频 VHF 30-300MHZ(电视1-12频道) 特高频 UHF 300-3GHZ(电视13频道以上) 超高频 SHF 3G-30GHZ 光也是电磁波。高频电磁波的许多特性是我们熟悉的光的特性。高频电磁波的许多特性是我们熟悉的光的特性。

折射、反射、绕射、散射、吸收等。当电磁波通过不同的介质界面时。电磁波在导体介质中传播,既沿导线方向传播,又沿导线直径传播,在导线外径表面折射,辐射另一个介质(类似于光遇到水,可以进入另一个导体介质,也可能是空间辐射),以及反射导线介质的继续传播(类似于水面反射中的光)。反复波长的反射波混乱后形成散射(类似于雾),导体内的杂质吸收电磁波能量加热形成波的吸收(类似于电磁炉微波炉的原理)。电磁波不仅在导体内传播,在离开导体界面向外辐射。当电磁波频率较低时,主要通过有形导电体传输。原因是在低频电振荡中,磁电相互变化缓慢,几乎所有能量都返回原电路,没有足够的能量辐射;电磁波频率逐渐增加向外辐射的比例。在高频电磁振荡中,磁电相互变化迅速,所有能量都不能返回原振荡电路,因此电能和磁能以电磁波的形式传播到空间,能量可以在没有介质的情况下向外传递,这是一种辐射。

当高频电磁波到达导体界面时,部分折射离开导体辐射,另一部分像镜子反射回导体,高频电磁波与下一波向外移动的电磁波叠加,形成集中在导体表面的运动,因此高频电磁波具有沿导体表面移动的皮肤收集效应和离开导体表面的辐射效应。高频电磁波也容易被导体杂质吸收并迅速衰减。

当高频电磁波导体表面为尖界面时,由于尖端形状特征反射仍可能向外,增加了多次辐射的机会,表面波更容易向外辐射,反射波很少,这是高频电磁波的尖端辐射效应。这也是高频波发射的天线原理。

LC高频振荡电路是指电感L、高频正弦波信号由电容C组成。电感L的两个极端是螺旋线圈,甚至是长金属导线。电容器的两个极端是两个不接触的金属导板或尖锐的发散金属尖端与地球形成电容器C。在一定的能量、频率和电路开放形式下,尖锐发散的金属尖端和地球更容易形成振荡发射天线,LC高频振荡电路将电磁波发射到空间(发射天线),或接收来自空间的电磁波(接收天线)。

小结:

电磁波是一种能量,是正弦运动的波。高频信号通过导线表面传输,高频信号具有向空间辐射的比例。当金属有长导线和尖角时,高频信号更容易辐射到尖端,或接收外部高频电磁波(干扰)。

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