Енкодери — Ротационни ъглови сензори

Позиционирането в различни видове промишлено оборудване се осигурява с помощта на прости на вид устройства — енкодери (или с други думи, сензори за ъгъл).

Енкодери се използват за преобразуване на линейно или ротационно движение в двоичен цифров сигнал. Енкодер е устройство, чийто вал е свързан с въртящия се вал на изследвания обект и осигурява електронен контрол на ъгъла на завъртане на последния. Според принципа на работа енкодерите са разделени на оптични и магнитни.

На вала на оптичния енкодер има диск с прекъсващи прозорци по периметъра, срещу които има светодиод и фототранзистор, които осигуряват образуването на изходен сигнал под формата правоъгълни импулсни влакове с честота, пропорционална както на броя на прозорците, така и на скоростта на въртене на диска / вала. Броят на импулсите показва ъгъла на въртене.

Оптични енкодери предлага се като инкрементални и абсолютни енкодери.

Инкрементални енкодери имат прекъсващ диск с много прозорци със същия размер на основния радиус и две отчитания оптрони, което ви позволява да фиксирате както ъгъла на въртене, така и посоката на въртене на вала. Върху допълнителния радиус на диска има единичен прозорец за прекъсване и съответна оптрон, които определят началната позиция (начало).

Отрицателен въртящ момент — инкременталните енкодери осигуряват относително отчитане на ъгъла на завъртане, информация за който не се запазва при спиране на въртенето. Техните предимства включват простота на дизайна (и съответно ниска цена) при висока разделителна способност и висока работна честота.

Инкременталните енкодери с повишена издръжливост са фокусирани върху промишлените приложения — в машиностроенето, валцоващите фабрики, корабостроенето, текстила, обувките, дървообработването. За такива енкодери решаващите параметри са разделителната способност в ъгъла на завъртане, способността да работят на високи честоти, висока степен на защита, за да издържат на условията на суровата среда.

Диск с линии или прорези, които прекъсват светлинния лъч към оптичния сензор. Електронна схема отчита прекъсванията на лъча и генерира цифрови изходни импулси от енкодера.

Кодиращ диск — устройство за преобразуване на ъгловите измествания на вала в цифрова форма. На кодиращия диск се прилага геометрично изображение на цифров код. Символите на кодовите битове се прилагат върху концентрична писта, а най -малко значимите (по -малко значими) битове са разположени по -близо до периферията.

В зависимост от метода на четене на кода (контактен, фотоелектричен, електромагнитен, индукционен, електростатичен и др.), Геометричното изображение на кода се състои от електропроводими и електрически изолирани, прозрачни и непрозрачни, магнитни и немагнитни и др.

Най -широко разпространени бяха кодиращите дискове с разновидности на двоичен код, които изключват появата на грешки при преминаване на границите на отделни дискретни секции, когато някои битове могат да бъдат прочетени от едната страна на границата, а някои от другата (поради неточна инсталация на сменяеми устройства или поради не-едновременен код за четене, докато дискът се върти Тези кодове включват така наречения Fau код (Barker code) и Reflex code (Grey code).

Някои оптични въртящи се енкодери използват отразяващ кодиращ диск. На този диск има редуващи се секции, които поглъщат или отразяват светлината, а източникът на светлина заедно с приемника са разположени от едната страна на диска. Ако има само един източник и приемник на светлина, последователността от импулси от сензора ви позволява да разберете колко стъпки е завъртял дискът спрямо предишното си положение.

Един датчик не може да посочи посоката на въртене, но ако добавите втора двойка източник към приемник, 90 извън фазаО от първия, тогава микроконтролерът ще може да определи посоката на въртене на диска по фазовата разлика между импулсните вериги.

Трябва да се помни, че всяка система, която открива относителното въртене на диска, но не може да измери неговото абсолютно ъглово положение, е инкрементален енкодер.

Абсолютен енкодер има прекъсващ диск с концентрични прозорци с различни радиуси, чиито относителни размери се определят от двоичния код и които се четат едновременно, давайки кодиран изходен сигнал за всяка ъглова позиция (код на Грей, двоичен код …).

В този случай е възможно да се получат данни за моменталното положение на вала без цифров брояч или връщане в първоначалното положение, тъй като изходът има кодирана дума — «n бит», защитена от електрически шум.

Абсолютните енкодери се използват в приложения, които изискват съхранение на входящи данни за дълго време, но те са по -сложни по дизайн и са по -скъпи.

Абсолютните енкодери с интерфейс на fieldbus имат изходен интерфейс за комуникация с fieldbus в съответствие със стандартите CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus и използват двоичен код за определяне на ъгъла на завъртане. Горните комуникационни интерфейси са програмируеми според редица параметри: например посока на въртене, разделителна способност на импулса на оборот, скорост на предаване.

Енкодери, монтирани на вала на двигателя, ефективно осигуряват прецизен контрол на позиционирането. Такива енкодери обикновено се произвеждат във версията «дупка» и специалните съединители са важни елементи от техния дизайн, които позволяват да се компенсира люфта на вала на двигателя.

Позиционирането при горните условия най -ефективно осигурява магнитен енкодер, при който преобразуването на ъгловото изместване на вала в електронен сигнал се осъществява безконтактно въз основа на ефекта на Хол, не е свързано с въртенето на оптичния чопър вътре в сензора и позволява обработка на сигнала със скорости до 60 000 об / мин.

В магнитен енкодер високоскоростното въртене на външен вал, върху който е фиксиран постоянен цилиндричен магнит, се засича от сензор на Хол, комбиниран върху единичен полупроводников кристал с контролер за обработка на сигнал.

Когато полюсите на постоянния магнит се въртят над микросхемата с Датчик на Хол променливият вектор на магнитната индукция индуцира напрежението на Хол, което съдържа информация за моментната стойност на ъгъла на въртене на вала. Микроконтролерът осигурява бързо преобразуване на напрежението на Хол в параметъра на ъгъла на позициониране.

Възможността за такова преобразуване без директно механично свързване на елементите на магнита и сензора на Хол е основното предимство на магнитните енкодери, осигурява им висока надеждност и издръжливост и им позволява да работят ефективно във високоскоростни приложения, свързани с индустриалната автоматизация , печатарска, металообработваща, измервателна и измервателна техника.