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旋轉編碼器信號是什么?
發布時間:2019-03-29
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旋轉編碼器信號有很多種類。這里只講用的最多的增量脈沖信號和數字串行信號(SSI等信號),電子開關頻率800KHz以下的。其他的總線信號的電纜、單電纜技術的電纜和工業以太網的電纜不在此文討論。


這里講的旋轉編碼器信號是方波。但是,電纜線的傳導電特性是以電磁波的計算并設計的。方波并不是單一頻率的電磁波,按傅立葉分解,方波是有很多種頻率的電磁波的疊加組合,下圖演示的是方波最少有N=19個不同頻率的電磁波合成的。(N=1代表只有一種頻率的電磁波)。

所以,旋轉編碼器電纜線上傳輸的信號,是一組從較低頻率的電磁波到較高頻率的電磁波的組合。

電磁波的頻率特性:

極低頻 ELF 3KHZ以下

甚低頻 VLF 3-30KHZ

低 頻 LF 30-300KHZ

中 頻 MF 300-3MHZ

高 頻 HF 3-30MHZ

甚高頻 VHF 30-300MHZ(電視1---12頻道)

特高頻 UHF 300-3GHZ(電視13頻道以上)

超高頻 SHF 3G-30GHZ

光也是電磁波。高頻率的電磁波很多特性就是我們熟悉的光的特性。


電磁波通過不同介質界面時,會發生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波在導體介質中傳播,既有沿導線方向的傳播,也有沿導線直徑方向的傳播,并在導線的外徑表面發生“折射”而輻射出另一個介質去(類似光遇見了水面,可以是進入另一個導體介質,也可能是空間輻射),和“反射”回導線介質的繼續傳播(類似于光線在水面反射)。各種波長反復的“反射”波雜亂了后形成了“散射”(類似于霧氣),導體內的雜質吸收了電磁波能量發熱形成了波的“吸收”(類似于電磁灶微波爐原理)。電磁波既有在導體內的傳播,也有離開導體界面向外輻射的傳播。電磁波頻率低時,主要借由有形的導電體傳遞。原因是在低頻的電振蕩中,磁電之間的相互變化比較緩慢,其能量幾乎全部返回原電路而沒有足夠的能量輻射出去;電磁波頻率高時逐漸增加了向外輻射的比例,在高頻率的電磁振蕩中,磁電互變甚快,能量不可能全部返回原振蕩電路,于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去,不需要介質也能向外傳遞能量,這就是一種輻射。


較高頻率的電磁波在到達導體界面時,一部分折射離開導體輻射出去了,另一部分又像碰到鏡面反射回導體,這一部分反射回來的高頻電磁波與下一波向外移動的電磁波疊加,形成了集中在導體表面的移動的結果,因此,高頻率的電磁波有沿導體表面移動的“集膚效應”和離開導體表面的“輻射效應”。較高頻率的電磁波也較容易被導體雜質吸收而迅速衰減。


當較高頻率的電磁波導體表面是尖銳的界面時,因為尖端的外形特征反射后仍然可能是向外的,而增加了多次輻射的機會,這種在表面移動的波就更容易向外輻射出去,而反射回來的波就很少了,這就是高頻電磁波的尖端輻射效應。這也是高頻電波發射的天線原理。


LC高頻振蕩電路,是指用電感L、電容C組成選頻網絡的振蕩電路,用于產生高頻正弦波信號。電感L的兩種極端是螺旋的線圈甚至一長段金屬導線,電容的兩種極端是兩個不接觸的金屬導體板或者一個尖銳的發散的金屬尖端與大地構成了一個電容C。其中,一個尖銳發散的金屬尖端與大地更容易形成一個振蕩發射的天線,在一定的能量、頻率和電路開放形態下,LC高頻振蕩電路將電磁波發射到空間(發射天線),或者接收來自空間的電磁波(接收天線)。


小結:電磁波是一種能量,是正弦移動的波,高頻信號走導線表面傳導,高頻信號有向空間輻射的比例,當金屬有一長段導線與尖銳的尖角的情況下,高頻信號在尖端更容易輻射,或者接收外部高頻電磁波(干擾)。


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