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专用信号电缆是编码器数据传输抗干扰的必定条件

  • 关键词:编码器电缆
  • 作者:市场部
  • 摘要:由于长期从事编码器的选型、设计和制造,常常会碰到用户提到抗干扰问题,因此不要小看专用信号电缆的大作用

编码器信号大多为数字化的方波信号,其中就有包含着很多高频率电磁波的传导(对此仍有疑问可以回看『干扰是咋回事』一文)。我们从专业电缆厂家订制的优质编码器信号专用电缆,其既需要有对外部可能的干扰信号的屏蔽设计考虑,也需要有对自身传输信号的信号延迟、反射波、散射波干扰与串音的设计防备,这就需要对信号传递的高频(信号的波形)到低频(信号的能量)都有很好的规划,以确保编码器信号的长距离传输与信号抗干扰。


多股合编的 0.079 毫米超细软铜线


对于高分辨率、高速、长距离传输的编码器、光栅尺、伺服电机的高频脉冲信号,电缆内芯线的选择极其重要,同时对于信号的高频热损、高频响应、干扰串音、长距离衰减延迟均有特别的设计要求。


而这其中第一选择就是选用多股超细高纯无氧铜的芯线合编。请注意,编码器信号是包含大量高频成分的,因此评价和比较信号电缆线看的不再是低频电流常用的总截面积平方数大小,而是高频的多股超细高纯镀铜线。

抗高频热损:


优质高纯度的铜材,确保电磁波散射高频热损最小,传导最佳。


优质的高纯度铜材料,用以拉伸加工成 0.079mm 线径的极细软铜线,长距离不易被拉断,然后每 30 股组合为 1 根信号芯线,确保高频信号径向反射效应损耗最小;同时,高频信号特有的集肤效应,使得电磁波大都在导线表面传播,多股超细芯线的表面传输比最高,而且可获得极佳的高频响应特性。


长距离的低衰减、延迟,反射波重合


超细多股的芯线及对绞的构造,使得电磁波聚集在导线表面传输,其传播中的表面螺旋距离及反射距离较短,至接收端的总螺旋距离及反射距离相对更短,反射波与原始波的叠加几乎可以重合在一起,保证了极佳的高频响应特性,极小的高频热损,保证信号衰减、延迟最小;


工作直流电源线须特别加粗(105 股,达到 0.5mm2),以保证长距离电源压降损耗的减小;


信号延迟时间参数:约 7ns/m(德国海德汉专用编码器电缆的此项参数为 6ns/m)


散射与反射波:


双绞配对抗串音


信号电缆线不仅仅要对抗外部干扰和自身传输中的反射与散射波,还需防止同一个信号电缆上的其它相位信号的串音干扰。


因此,信号电缆为每一对配对信号回路芯线设计了双对绞,对绞节距合理设置并相互错开,确保串音干扰最小。配对信号是互为 180° 反相的信号。例如:编码器的 A+ 与 A-,B+ 与 B-。


互为 180° 反相的信号,在经过电磁波的傅立叶变换的分解分析后,所有分解频率的电磁波均互为反相,在外部看电磁场变化贡献几乎为零,这不仅仅使这对配对信号不会有相互串音,也能将对其它相位的传输信号串音干扰降到最低。


双绞的节距设计,取决于信号频率段的选择及实验,以保证螺旋磁场影响最小,百米延迟时间最少。


高密超细的屏蔽层


防止外部高频串入,提升抗干扰特性。



以高遮密度的网状铜线覆包电缆的屏蔽构造,细密而高导通率、高响应频率的屏蔽镀锡铜线,以最大的吸收与最快的传导而遮蔽、过滤外部对信号的干扰,以确保传输信号的干扰最小。


电缆品质特性设计


耐弯曲、耐油性、耐高温、长寿命。

细而柔软多股的铜线不易折断或刺破外被,优质的外被材料耐弯曲、耐油性、耐高温,UL2464(80℃.300V)VW-ISC,以确保电缆的长寿命。


  环保出口标准 RoHS


优质的原材加工,选择无掺加回收材料的高纯度无氧铜,严格的内心外皮选材检验,以确保符合环境标准 RoHS(镉<100ppm,铅<1000ppm,等),产品出口欧美日的必备标准。< p="">


  • 产品举例:


型号:F600K0206

芯线数:8 芯

线材构造:

  • 3 对信号( 2 x 0.15 mm2)( 每芯 30 股 x 0.079mm 线径)

  • 1 对电源( 2 x 0.5 mm2)( 每芯 7 x 15 股 x 0.079mm 线径)

  • 高密度镀锡软铜线外屏蔽层

工作温度:

  • -10 ~ 80 ℃(绕曲)

  • -40 ~ 80 ℃(固定)

延迟时间:约 7ns/m

传导距离:200米

外径:8.6 mm


型号:F600K0208

芯线数:10 芯

线材构造:

  • 4 对信号( 2 x 0.15 mm2)( 每芯 30 股 x 0.079mm 线径)

  • 1 对电源( 2 x 0.5 mm2)( 每芯 7 x 15 股 x 0.079mm 线径)

  • 高密度镀锡软铜线外屏蔽层

工作温度:

  • -10 ~ 80 ℃(绕曲)

  • -40 ~ 80 ℃(固定)

延迟时间:约 7ns/m

传导距离:200 米

外径:8.9 mm


典型应用:


  • 光栅尺、增量编码器信号:

    • 工作电源 Up,0V = 2 x 0.5 mm2

    • 信号 sin/cos 或差分 5V( A+,A- )、( B+,B- )、( Z+,Z-) = 3 x 2 x 0.15 mm2

  • 绝对值 SSI 或 EnDat:

    • 工作电源 Up,0V = 2 x 0.5 mm2

    • 信号( Data+,Data- )、( Clock+,Clock- )、( A+,A- )、(B+,B- )= 4 x 2 x 0.15 mm2


实验:信号波形对比


针对上述介绍的内容,我们用编码器信号电缆( F600K0208 )完成了如下实验比对:

  1. 编码器放大电路对比:( 2个同为一家品牌编码器的不同电路 )

    • 普通电路编码器,简称 P 编码器,信号标准为 24V 推挽 1024 线;

    • GI58N 增量编码器,信号标准为 5~30V 推挽( HTL-G6 含反相信号 )1024线。

  2. 电缆线对比:( 2个同为一家编码器品牌厂家的定制电缆)

    • 较为普通的 8 芯双绞屏蔽电缆,简称 P 电缆;

    • 编码器信号专用定制电缆(F600K0208),8 芯双绞屏蔽,简称 F 电缆。

  3. 转速对比:变频电机调速:

    1. 225 RPM,1024 线信号频率为 3.8 KHz;

    2. 1250 RPM,1024 线信号频率为 21 KHz。

  4. 双踪示波器,A、B、Z三线模式( 24V 电源,信号对 0V )


对比组实验数据与示波器图像


P 编码器的低速、高速,电缆 1 米与 200 米 P 电缆对比组


1. 1 米电缆 | 较低速

(实验详情请回顾【加强型增量编码器脉冲信号远传实验】这篇 技术文章)

发布时间:2017年3月16日 15:04  人气:   审核编辑(王静)
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