Encodere — Senzori de unghi rotativ

Poziționarea în diferite tipuri de echipamente industriale este asigurată folosind dispozitive cu aspect simplu - codificatoare (sau cu alte cuvinte, senzori de unghi).

Codificatoarele sunt folosite pentru a converti mișcarea liniară sau rotativă într-un semnal digital binar. Un encoder este un dispozitiv al cărui arbore este conectat la arborele rotativ al obiectului studiat și asigură controlul electronic al unghiului de rotație al acestuia din urmă. Conform principiului de funcționare, codificatoarele sunt împărțite în optice și magnetice.

Pe arborele codificatorului optic se află un disc cu ferestre intermitente în jurul perimetrului, față de care se află un LED și un fototranzistor, care asigură formarea unui semnal de ieșire sub formă trenuri de impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență proporțională atât cu numărul de ferestre, cât și cu viteza de rotație a discului / arborelui. Numărul de impulsuri indică unghiul de rotație.

Codificatoarele optice sunt disponibile ca codificatoare incrementale și absolute.

Codificatoarele incrementale au un disc intermitent cu multe ferestre de aceeași dimensiune cu raza de bază și două citiri optocuplere, care vă permite să fixați atât unghiul de rotație, cât și direcția de rotație a arborelui.Pe raza suplimentară a discului există o singură fereastră de rupere și un optocupler corespunzător care definesc poziția de pornire (acasă).

Cuplu negativ - Encoderele incrementale oferă o citire relativă a unghiului de rotație, informații despre care nu sunt salvate atunci când rotația este oprită. Avantajele lor includ simplitatea designului (și, în consecință, costuri reduse) la rezoluție mare și frecvență de operare ridicată.

Codificatoarele incrementale cu durabilitate sporita sunt axate pe aplicatii industriale - in inginerie mecanica, laminoare, constructii navale, textile, incaltaminte, prelucrarea lemnului. Pentru astfel de encodere, parametrii decisivi sunt rezoluția în unghiul de rotație, capacitatea de a lucra la frecvențe înalte, un grad ridicat de protecție pentru a rezista la condițiile mediului dur.

Un disc cu linii sau crestături care întrerup fasciculul de lumină către senzorul optic. Un circuit electronic detectează ruperea fasciculului și generează impulsuri digitale de ieșire de la encoder.

Disc de codificare - un dispozitiv pentru transformarea deplasărilor unghiulare ale arborelui în formă digitală. Pe discul de codificare este aplicată o imagine geometrică a unui cod digital. Simbolurile biților de cod sunt aplicate pe o pistă concentrică, iar biții mai puțin semnificativi (mai puțin semnificativi) sunt localizați mai aproape de periferie.

În funcție de metoda de citire a codului (de contact, fotoelectrică, electromagnetică, inducție, electrostatică etc.), imaginea geometrică a codului este compusă din conductoare electric și izolate electric, transparente și opace, magnetice și nemagnetice etc.

Cele mai răspândite au fost discurile de codificare cu varietăți de cod binar, care exclud apariția erorilor la trecerea granițelor secțiunilor separate separate, când unii biți pot fi citiți pe o parte a graniței și unii pe cealaltă (din cauza instalării incorecte). de dispozitive detașabile sau din cauza unui cod de citire nesimultan în timp ce discul se rotește Aceste coduri includ așa-numitul cod Fau (cod Barker) și codul Reflex (cod gri).

Unele codificatoare optice rotative folosesc un disc de encoder reflectorizant. Acest disc are secțiuni alternative care absorb sau reflectă lumina, iar sursa de lumină împreună cu receptorul sunt situate pe o parte a discului. Dacă există o singură sursă de lumină și un singur receptor, succesiunea de impulsuri de la senzor vă permite să aflați câți pași s-a rotit discul față de poziția sa anterioară.

Un senzor nu poate spune direcția de rotație, dar dacă adăugați o a doua pereche sursă-receptor, 90 defazată față de prima, atunci microcontrolerul va putea determina direcția de rotație a discului prin diferența de fază dintre trenurile de puls.

Trebuie amintit că orice sistem care detectează rotația relativă a discului, dar nu poate măsura poziția unghiulară absolută a acestuia este un encoder incremental.

Un encoder absolut are un disc discontinuu cu ferestre concentrice de diferite raze ale căror dimensiuni relative sunt determinate de codul binar și care sunt citite simultan, dând un semnal de ieșire codat pentru fiecare poziție unghiulară (cod gri, cod binar...).

În acest caz, este posibil să obțineți date despre poziția instantanee a arborelui fără un contor digital sau să reveniți la poziția inițială, deoarece ieșirea are un cuvânt codificat — «n bit», protejat de zgomotul electric.

Codificatoarele absolute sunt folosite în aplicații care necesită stocarea datelor de intrare pentru o perioadă lungă de timp, dar sunt mai complexe ca design și mai scumpe.

Codificatoarele absolute cu interfață fieldbus au o interfață de ieșire pentru comunicare fieldbus în conformitate cu standardele CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus și utilizează un cod binar pentru a determina unghiul de rotație. Interfețele de comunicație de mai sus sunt programabile în funcție de un număr de parametri: de exemplu direcția de rotație, rezoluția pulsului pe rotație, viteza de transmisie.

Codificatoarele montate pe arborele motorului asigură eficient controlul precis al poziționării. Astfel de codificatoare sunt de obicei produse în versiunea „găuri”, iar cuplajele speciale sunt elemente importante ale designului lor, care permit compensarea jocului de spate al arborelui motorului.

Poziționarea în condițiile de mai sus oferă cel mai eficient un encoder magnetic, în care conversia deplasării unghiulare a arborelui într-un semnal electronic se realizează fără contact pe baza efectului Hall, nu este legată de rotația chopperului optic în interior. senzorul și permite procesarea semnalului cu viteze de până la 60.000 rpm.

Într-un encoder magnetic, rotația de mare viteză a unui arbore extern, pe care este fixat un magnet cilindric permanent, este detectată de un senzor Hall combinat pe un singur cristal semiconductor cu un controler de procesare a semnalului.

Când polii magnetului permanent se rotesc peste microcircuit cu Senzor Hall vectorul de inducție magnetică variabilă induce tensiunea Hall, care conține informații despre valoarea instantanee a unghiului de rotație a arborelui. Microcontrolerul asigură o conversie rapidă a tensiunii Hall în parametrul unghiului de poziționare.

Posibilitatea unei astfel de conversii fără conexiune mecanică directă a magnetului și a elementelor senzorului Hall este principalul avantaj al codificatoarelor magnetice, le oferă fiabilitate și durabilitate ridicate și le permite să lucreze eficient în aplicații de mare viteză legate de automatizarea industrială, imprimare, prelucrarea metalelor. , Masura si Echipamente de Masurare.