Indkodere — Roterende vinkelsensorer

Positionering i forskellige typer industrielt udstyr er tilvejebragt ved hjælp af enkle enheder - indkodere (eller med andre ord vinkelsensorer).

Encodere bruges til at konvertere lineær eller roterende bevægelse til et binært digitalt signal. En encoder er en enhed, hvis aksel er forbundet med den roterende aksel af det undersøgte objekt og giver elektronisk kontrol af rotationsvinklen for sidstnævnte. Ifølge driftsprincippet er indkodere opdelt i optiske og magnetiske.

På akslen af ​​den optiske encoder er der en disk med intermitterende vinduer rundt om perimeteren, mod hvilke der er en LED og en fototransistor, som sikrer dannelsen af ​​et udgangssignal i form rektangulære pulstog med en frekvens, der er proportional med både antallet af vinduer og skivens/akslens rotationshastighed. Antallet af impulser angiver rotationsvinklen.

Optiske indkodere er tilgængelige som inkrementelle og absolutte indkodere.

Inkrementale indkodere har en intermitterende skive med mange vinduer af samme størrelse som basisradius og to aflæsninger optokoblere, som giver dig mulighed for at fiksere både rotationsvinklen og akslens rotationsretning.På den ekstra radius af skiven er der et enkelt pausevindue og en tilsvarende optokobler, der definerer startpositionen (hjem).

Negativt drejningsmoment - Inkrementale encodere giver en relativ aflæsning af rotationsvinklen, information om hvilken der ikke gemmes, når rotationen stoppes. Deres fordele omfatter enkel design (og følgelig lave omkostninger) ved høj opløsning og høj driftsfrekvens.

Inkrementelle indkodere med øget holdbarhed er fokuseret på industrielle applikationer - inden for maskinteknik, valseværker, skibsbygning, tekstiler, fodtøj, træbearbejdning. For sådanne indkodere er de afgørende parametre opløsningen i rotationsvinklen, evnen til at arbejde ved høje frekvenser, en høj grad af beskyttelse til at modstå forholdene i det barske miljø.

En disk med streger eller indhak, der afbryder lysstrålen til den optiske sensor. Et elektronisk kredsløb registrerer strålebrud og genererer digitale udgangsimpulser fra indkoderen.

Kodningsskive — en enhed til at konvertere akslens vinkelforskydninger til digital form. Et geometrisk billede af en digital kode påføres kodningsdisken. Kodebitsymbolerne anvendes på et koncentrisk spor, og de mindst signifikante (mindre signifikante) bits er placeret tættere på periferien.

Afhængigt af metoden til læsning af koden (kontakt, fotoelektrisk, elektromagnetisk, induktion, elektrostatisk osv.), består det geometriske billede af koden af ​​elektrisk ledende og elektrisk isoleret, transparent og uigennemsigtig, magnetisk og ikke-magnetisk osv.

De mest udbredte var kodningsdiske med varianter af binær kode, som udelukker forekomsten af ​​fejl, når man krydser grænserne for separate diskrete sektioner, når nogle bits kan læses på den ene side af grænsen, og nogle på den anden (på grund af unøjagtig installation af flytbare enheder eller på grund af en ikke-samtidig læsekode, mens disken roterer Disse koder omfatter den såkaldte Fau-kode (Barker-kode) og Reflekskode (Grå-kode).

Nogle optiske roterende indkodere bruger en reflekterende indkoderskive. Denne disk har alternerende sektioner, der absorberer eller reflekterer lys, og lyskilden sammen med modtageren er placeret på den ene side af disken. Hvis der kun er én lyskilde og modtager, giver sekvensen af ​​impulser fra sensoren dig mulighed for at finde ud af, hvor mange trin disken har roteret i forhold til dens tidligere position.

En sensor kan ikke fortælle rotationsretningen, men hvis du tilføjer et andet kilde-til-modtager-par, 90 ud af fase fra det første, så vil mikrocontrolleren være i stand til at bestemme rotationsretningen for disken ved faseforskellen mellem pulstogene.

Det skal huskes, at ethvert system, der detekterer diskens relative rotation, men ikke kan måle dens absolutte vinkelposition, er en inkrementel koder.

En absolut encoder har en diskontinuerlig disk med koncentriske vinduer med forskellige radier, hvis relative størrelser bestemmes af den binære kode og som læses samtidigt, hvilket giver et kodet udgangssignal for hver vinkelposition (Grå kode, binær kode...).

I dette tilfælde er det muligt at få data om den øjeblikkelige position af akslen uden en digital tæller eller vende tilbage til den oprindelige position, da outputtet har et kodet ord — «n bit», beskyttet mod elektrisk støj.

Absolutte encodere bruges i applikationer, der kræver lagring af inputdata i lang tid, men de er mere komplekse i design og dyrere.

Absolut encodere med feltbusinterface har et udgangsinterface til feltbuskommunikation i henhold til CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus standarder og anvender en binær kode til at bestemme rotationsvinklen. Ovenstående kommunikationsgrænseflader er programmerbare i henhold til en række parametre: f.eks. rotationsretning, pulsopløsning pr. omdrejning, baudrate.

Encodere monteret på motorakslen giver effektivt præcis positioneringskontrol. Sådanne indkodere produceres normalt i "hul"-versionen, og specielle koblinger er vigtige elementer i deres design, som gør det muligt at kompensere for motorakslens tilbageslag.

Positionering under ovenstående forhold giver mest effektivt en magnetisk encoder, hvor konverteringen af ​​vinkelforskydningen af ​​akslen til et elektronisk signal udføres uden kontakt baseret på Hall-effekten, er ikke relateret til rotationen af ​​den optiske chopper indeni sensoren og tillader signalbehandling med hastigheder op til 60.000 rpm.

I en magnetisk encoder registreres højhastighedsrotationen af ​​en ekstern aksel, hvorpå en permanent cylindrisk magnet er fastgjort, af en Hall-sensor kombineret på en enkelt halvlederkrystal med en signalbehandlingscontroller.

Når permanentmagnetens poler roterer over mikrokredsløbet med Hall sensor den variable magnetiske induktionsvektor inducerer Hall-spændingen, som indeholder information om den øjeblikkelige værdi af akselrotationsvinklen. Mikrocontrolleren giver hurtig konvertering af Hall-spændingen til positioneringsvinkelparameteren.

Muligheden for en sådan konvertering uden direkte mekanisk tilslutning af magnet- og Hall-sensorelementerne er den største fordel ved magnetiske indkodere, giver dem høj pålidelighed og holdbarhed og giver dem mulighed for at arbejde effektivt i højhastighedsapplikationer relateret til industriel automation, print, metalbearbejdning , måle- og måleudstyr.