Енкодери - датчики кута повороту - Школа для електрика все про електротехніку та електроніку
Позиціонування в різних видах промислового обладнання забезпечується з використанням простих на вигляд пристроїв - енкодерів (або, по-іншому, датчиків кута повороту).
Енкодери використовуються для перетворення лінійного або обертального руху на двійковий цифровий сигнал. Енкодер являє собою пристрій, вал якого з'єднується з валом, що обертається досліджуваного об'єкта, і забезпечує електронний контроль кута повороту останнього. За принципом дії енкодери поділяються на оптичні та магнітні.
На валу оптичного енкодера встановлений диск з вікнами переривання по периметру, навпроти яких розміщені світлодіод і фототранзистор, що забезпечують формування вихідного сигналу у вигляді послідовності прямокутних імпульсів з частотою, пропорційною кількості вікон переривання, так і швидкості обертання диска/валу. Кількість імпульсів відображає кут повороту.
Оптичні енкодери випускаються у вигляді інкрементальних та абсолютних датчиків.
Інкрементальні енкодери мають диск переривання з безліччю вікон однакового розміру на основному радіусі і дві зчитують оптопари, що дозволяє фіксувати як кут повороту, так і напрямок обертання валу. На допоміжному радіусі диска розміщено єдине вікно переривання та відповідна оптопара, що визначають вихідне положення (початок відліку).
Негативний момент - інкрементальні енкодери видають відносний відлік кута повороту, інформація про який не зберігається при зупинці обертання. До їх переваг слід віднести простоту конструкції (і, відповідно, невисоку вартість) при високій роздільній здатності та високій робочій частоті.
Інкрементальні енкодери підвищеноїстійкості спрямовані на промислове застосування - в машинобудуванні, прокатних станах, суднобудуванні, текстильної, взуттєвої індустрії, в деревообробці. Для таких енкодерів визначальними є параметри - роздільна здатність по куту повороту, здатність працювати на високих частотах, високий ступінь захисту, щоб протистояти умовам несприятливого середовища.
Диск із лініями або прорізами, які переривають промінь світла на оптичний датчик. Електронна схема підраховує переривання променя та генерує цифрові вихідні імпульси енкодера.
Кодуючий диск — пристрій для перетворення цифрової форми величин кутових переміщень валу. На диск, що кодує, наноситься геометричне зображення цифрового коду. Знаки розрядів коду наносяться на концентричній доріжки, причому ближче до периферії розташовуються молодші (менш значущі) розряди.
Залежно від способу знімання коду (контактного, фотоелектричного, електромагнітного, індукційного, електростатичного тощо) геометричне зображення коду складається з ділянок електропровідних та електроізольованих, прозорих та непрозорих, магнітних та немагнітних тощо.
Переважно поширення набули кодуючі диски з різновидами двійкового коду, що виключають виникнення помилок при переході через межі окремих дискретних ділянок, коли деякі розряди можуть зчитуватися по один бік кордону, а деякі - по інший (через неточну установку знімних пристроїв або через неодночасне зчитування коду в процесі обертання диска До таких кодів належать так званий фау-код (код Баркера) і рефлексний код (код Грея).
У деяких оптичних поворотних енкодерах використовується відбивний кодуючий диск. нана цьому диску чергуються секції, які поглинають світло або відбивають його, а джерело світла разом із приймачем розташовуються з одного боку диска. За наявності лише одного джерела та приймача світла послідовність імпульсів від датчика дозволяє з'ясувати, на скільки кроків повернувся диск щодо свого попереднього положення.
Одиночний датчик не може вказувати напрямок обертання, але якщо додати другу пару «джерело приймач», віддалену по фазі на 90 про від першої, то мікроконтролер по різниці фаз між послідовностями імпульсів зможе визначити напрямок обертання диска.
Слід пам'ятати, що будь-яка система, яка визначає відносне обертання диска, але не може виміряти його абсолютне кутове положення є інкрементним датчиком.
Абсолютний енкодер має диск переривання з концентричними вікнами на різних радіусах, відносні розміри яких визначаються двійковим кодом, які зчитуються одночасно, даючи кодований вихідний сигнал для кожної кутової позиції (код Грея, бінарний код. ).
В даному випадку є можливість отримувати дані про миттєве положення валу без цифрового лічильника або повернення до вихідного положення, так як на виході є кодоване слово - n bit, захищене від електричних шумів.
Абсолютні енкодери використовуються в додатках, що вимагають обов'язкового збереження даних, що надходять протягом тривалого часу, при цьому вони складніші за конструкцією і є більш дорогими.
Абсолютні енкодери з інтерфейсом польової шини мають вихідний інтерфейс зв'язку з польовою шиною за стандартом CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus та використовують бінарний код при визначенні кута повороту. Вищезазначені інтерфейси зв'язку програмуються по рядупараметрів: наприклад, напрямок обертання, дозвіл за імпульсами на один оборот, швидкість передачі даних.
Енкодери, встановлені на валу електродвигуна ефективно забезпечують управління точним позиціонуванням. Такі енкодери зазвичай виготовляються у варіанті «отвір» і важливими елементами їхньої конструкції є спеціальні муфти, що дозволяють компенсувати люфти валу двигуна.
Позиціонування у вищевказаних умовах найбільш ефективно забезпечує магнітний енкодер, в якому перетворення кутового переміщення валу в електронний сигнал реалізується безконтактно на основі ефекту Холла, не пов'язане з обертанням оптичного переривника всередині датчика, і допускає обробку сигналів на швидкостях до 60000 об/хв.
У магнітному енкодері високошвидкісне обертання зовнішнього валу, на якому закріплений постійний циліндричний магніт, сприймається датчиком Холла, поєднаним на одному напівпровідниковому кристалі з контролером обробки сигналів.
При обертанні полюсів постійного магніту над мікросхемою з датчиком Холла змінний вектор магнітної індукції наводить напругу Холла, що містить інформацію про миттєве значення кута повороту валу. Мікроконтролер забезпечує швидке перетворення напруги Холла параметр кута позиціонування.
Можливість такого перетворення без безпосереднього механічного з'єднання елементів магніту та датчика Холла є основною перевагою магнітних енкодерів, забезпечує їм високу надійність та довговічність, та дозволяє ефективно працювати у високошвидкісних додатках, пов'язаних з промисловою автоматизацією, поліграфією, металообробкою, інструментально-вимірювальним обладнанням.
Поділіться з друзями:
Школа для електрика у Facebook: