Энкодеры: что это такое, технологии и виды датчиков
Что такое энкодер?
Широко распространены датчики положения, преобразующие угол поворота вала в электрический сигнал. Принципы работы их различны, но среди них есть группа датчиков, в которых для определения положения используется модуляция света, электрического или магнитного поля при помощи периодических структур (решётки, зубчатые колёса и т.п.), закреплённых на валу датчика и вращающихся вместе с ним. Такие датчики называют энкодеры. В процессе детектирования и обработки изменений модулированного сигнала, как правило, получают две импульсные последовательности, сдвинутые относительно друг друга, которые подаются на выход датчика непосредственно, либо с преобразованием в сигналы другой формы.
Различные технологии энкодеров
Различные энкодеры используют различные физические принципы для своей работы. Чаще всего можно встретить оптические, магнитные и ёмкостные энкодеры.
Оптические энкодеры используют модуляцию светового потока для преобразования перемещения в электрический сигнал. В зависимости от того как построена оптическая система датчика, различают отражательные (рефлективные) энкодеры и энкодеры, работающие на просвет (трансмиссионные). В рефлективных энкодерах свет от источника отражается от кодового диска прежде чем попасть на приёмник, а в трансмиссионных энкодерах свет проходит через кодовый диск. В обоих случаях периодически нанесённые метки на кодовом диске создают при вращении диска модуляцию светового потока.
Как и другие оптические системы, оптический энкодер уязвим к пыли, грязи и парам жидкостей, поскольку они снижают качество сигнала в оптической системе датчика до полного отказа. А вот к таким внешним факторам как магнитные поля он, напротив, нечувствителен.
Отдельную категорию датчиков составляют волоконно-оптические энкодеры, в которых отсутствует источник света, питающийся от электричества.
Свет в них поступает снаружи по оптоволокну. По нему же выдаётся обратно сигнал положения в виде соответствующим образом изменённого светового пучка. Источник света и схемы преобразования световых сигналов в электрические располагаются в отдельном блоке электроники. Сам энкодер является устройством, не подключаемым к электрической сети. Благодаря этому волоконно-оптические энкодеры могут легко применяться во взрывоопасных зонах, а также вблизи высоковольтного оборудования.
Магнитные энкодеры в своей работе используют изменения магнитного поля. В зависимости от технологии, использованной в чувствительных элементах, в магнитных энкодерах также различают несколько разновидностей. Чаще всего выделяют магнитно-резистивные, на датчиках Холла, вихретоковые и индуктивные. В магнитно-резистивных датчиках чувствительный элемент построен с использованием магниторезистивного эффекта, который заключается в изменении сопротивления тонких плёнок специально подобранных материалов в магнитном поле.
Магнитное поле создаётся постоянным магнитом, установленным на вращающейся части энкодера. Энкодеры, на датчиках Холла, используют непосредственное измерение магнитного поля при помощи датчиков, действие которых основано на эффекте Холла. Магнитное поле здесь также создаётся постоянным магнитом. Индуктивные датчики используют изменение взаимной индуктивности при взаимном перемещении нескольких обмоток, или изменение собственной индуктивности (коэффициента самоиндукции) в случае использования одной обмотки и мишени из магнитного материала. Вихретоковые датчики являются одной из разновидностей индуктивных датчиков, в которых изменение магнитного поля происходит благодаря вихревым токам, наводимым в проводящем материале мишени, расположенной на вращающейся части датчика.
Отличительными чертами магнитных датчиков являются, нечувствительность к пыли (непроводящей), грязи и парам жидкостей. При этом сильные магнитные поля могут вносить значительные помехи в работу магнитных датчиков.
Ёмкостные энкодеры используют для определения положения изменения электрического поля. Диэлектрический диск специальной формы при вращении создаёт изменение электрического поля между двумя электропроводящими пластинами, расположенными на неподвижной части датчика. Эти электропроводящие пластины образуют обкладки конденсатора и при изменении электрического поля в нём, изменяется и его ёмкость.
Для ёмкостных энкодеров наиболее критичным внешним воздействием являются сильные электрические поля.
Инкрементные и абсолютные энкодеры
Энкодеры могут отличаться не только по технологии, но и по способу представления информации о положении. В инкрементных энкодерах информация о положении выводится в виде двух последовательностей импульсов, смещённых друг относительно друга на четверть периода. Количество импульсов, появившееся на выходе датчика, говорит о пройдённом расстоянии, а направление фазового сдвига между ними – о направлении перемещения.
Недостатком такого представления информации является то, что невозможно однозначно определить положение сразу же после включения питания системы. Для решения этой проблемы обычно используют перемещение системы в заранее известное положение, определяемое по дополнительному датчику. Это необходимо проделывать каждый раз после включения питания и не во всех применениях является приемлемым.
Абсолютные датчики в противоположность инкрементным, сразу после включения выдают корректную информацию о положении. При этом абсолютные датчики бывают однооборотные, которые могут однозначно определять положение только в пределах одного оборота, и многооборотные, которые могут подсчитывать также и число оборотов.
Энкодер и другие датчики
В настоящее время большинство датчиков положения, применяемых в приводах — это энкодеры того или другого типа.
Энкодер – резольвер
В отличие от энкодеров, резольвер является электрической машиной специального исполнения.
С точки зрения точности резольверы сопоставимы с энкодерами, за исключением отдельных моделей энкодеров особо точного исполнения. По размерам и массе резольверы обычно больше чем энкодеры. Кроме того недостатком резольвера являются специфические требования к питанию – переменное напряжение частотой несколько килогерц, что требует соответствующей поддержки со стороны контроллера. Тем не менее, резольверы обладают весьма высокой стойкостью к внешним воздействующим факторам: как механическим (удары, вибрации), так и климатическим и превосходят по этому параметру энкодеры.
Энкодер – потенциометр
Потенциометры, используемые как датчик положения, имеют мало конструктивных отличий от обычных потенциометров. Они являются относительно недорогими датчиками, которые могут обеспечить средний уровень точности и выпускаются в различных конструктивных исполнениях. По сравнению с энкодерами потенциометры имеют ограниченный срок службы из-за механического износа, чувствительны к вибрации и ударам и имеют ограниченный диапазон рабочих температур.
Принцип работы оптических энкодеров
Шкала с одной дорожкой
Шкала представляет собой единственную дорожку с контрастными линиями по всей ширине шкалы, с номинальным шагом 30 мкм. Отсутствие нескольких параллельных дорожек обеспечивает защищенность от ошибок, связанных с рысканьем, а также существенно более широкий поперечный допуск на положение головки.
Получение изображения
Изображение шкалы формируется асферической линзой, снижающей дисторсию, на детекторной матрице, специально разработанной для энкодеров RESOLUTE. Такая оптическая схема, в которой оптический путь при освещении является изломанным, а при формировании изображения – прямым, оказывается исключительно компактной и при этом работающей очень стабильно, что гарантирует высокую точность воспроизведения, столь важную для обеспечения высокого качества измерений.
Декодирование и анализ данных
После захвата изображения детектором оно передается аналогово-цифровым преобразователем (ADC) в мощный процессор цифровой обработки сигналов (DSP).
Затем с помощью специально разработанных алгоритмов на основе кода, нанесенного на шкалу, получают истинное абсолютное, однако относительно грубое значение положения. После этого выполняется проверка, и вводятся поправки с помощью дополнительных алгоритмов в процессоре DSP, в которых учитывается избыточность и преднамеренно введенные ограничения кода шкалы. В других подпрограммах выполняется расчет «точного» положения с высоким разрешением, и это значение объединяется с данными по «грубому» положению, что дает в результате истинное абсолютное положение с очень высоким разрешением.
Конечные проверки и вывод данных
После выполнения заключительных процедур проверки ошибок информация загружается по соответствующему протоколу в контроллер последовательно в виде чистого слова, описывающего положение с точностью в пределах 1 нм. Защита от электрических помех обеспечивается контролем с помощью циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check – CRC). Весь этот процесс занимает всего несколько микросекунд и может повторяться до 25 000 раз в секунду.
С помощью различных приемов, в том числе регулировки продолжительности вспышки с учетом скорости движения оси, такие характеристики поддерживаются на скоростях до 100 м/с, и при этом, что чрезвычайно важно, сохраняется исключительно низкий уровень дрожания при позиционировании при более низких рабочих скоростях.
Подводя итог…
Таким образом, мы имеем энкодер с широкими допусками к установке: Система RESOLUTE допускает погрешность ±0,5° по углу рысканья, тангажа и крена, а для расстояния между шкалой и считывающей головкой – целых ±150 мкм. В то же время широкая зона охвата оптики и усовершенствованные процедуры коррекции ошибок обеспечивают исключительно высокую устойчивость к оптическим помехам, связанными с пятнами, создаваемыми посторонними частицами или смазкой. При этом сохраняется разрешение 1 нм при скорости 100 м/с: RESOLUTE – вот ответ на самую сложную задачу абсолютных измерений.
примеры практического применения и рекомендации по применению
В данной статье рассматривается, как фиксированные на подложке шкалы линейных энкодеров Renishaw вроде RKL могут применяться при волоконно-лазерной резке, использующей лазер для точного резания больших металлических листов или пластин.
В этой статье рассматриваются усовершенствованные технологии, применяемые в производстве энкодеров ATOM. Также приведен реальный пример того, как энкодер ATOM помог оптимизировать процесс производства REVO-2 без ущерба для метрологических характеристик.
Тепловое поведение шкалы энкодера — это важнейший параметр для выбора энкодерной системы. В этой статье описан пример применения позиционного энкодера на координатно-измерительной машине (КИМ), для которой предпочтительно использовать фиксированную шкалу.
В этой статье рассказывается об использовании позиционных энкодеров в современной фотолитрографии и возможностях применения последних оптических энкодерных систем наряду с традиционными лазерными энкодерными системами, что дает проектировщику широчайшие возможности для минимизации габаритов оборудования без ущерба для производительности.
Вполне вероятно, что в ближайшие десятилетия солнечная энергия станет главным источником при производстве электроэнергии, и в настоящее время существует множество возможностей для участников цепочек поставок.
Управление перемещениями необходимо на каждом этапе процесса производства солнечных батарей. В данной статье раскрывается роль энкодеров и систем управления перемещениями в ходе непрерывного прогресса в сфере разработки и совершенствования солнечных батарей.
Компания Renishaw выпустила недавно на рынок серию VIONiC™ – новое семейство сверхточных, сверхкомпактных и многофункциональных цифровых инкрементальных энкодеров. В данной статье раскрывается важная роль энкодерных систем с высокими характеристиками в таких областях, как обеспечение точности управления перемещениями, особенно при производстве микроизделий, микропозиционировании и производстве прецизионной оптики.
При оценке характеристик энкодера в связи с общим решением при разработке машин/оборудования важно учитывать архитектуру замкнутых систем управления. Существует ряд способов уменьшения влияния источников нестабильности при разработке столов для прецизионного позиционирования. Данная статья иллюстрирует возможности применения абсолютной энкодерной системы RESOLUTE™ компании Renishaw для решения задач, которые обычно требуют использования инкрементальных энкодеров с очень малым шагом (периодом).
Исполнение энкодерных систем RESOLUTE FS (функциональная безопасность) обеспечивает исключительно высокие метрологические характеристики серии RESOLUTE и вдобавок обладает сертификацией в соответствии с самыми жесткими стандартами по функциональной безопасности. Недавно список возможных случаев применения серии энкодеров RESOLUTE дополнился системами силовых приводов и системами управления роботами.
Многие ведущие производители лидаров (лазерных дальномеров) разработали лазерные сканеры, устанавливаемые на автомобили. В этих системах используются встроенные оптические энкодеры компании Renishaw с высокими характеристиками, обеспечивающие получение данных измерения координат с нужной точностью и прецизионностью для нужд картографирования и съемки дорожной инфраструктуры.
Оптические энкодеры | РОБОТОША
Первые оптические энкодеры были разработаны в середине 1940-х годов «Фортепианной компанией Болдуина» для использования в качестве «тоновых колес», которые позволяли электрическим органам имитировать другие музыкальные инструменты. Современные устройства в основном представляют собой миниатюрные версии датчика приближения с использованием прерывания света. В энкодере сфокусированный луч света, направлен на совмещенный с излучателем фотоприемник, периодически прерывается вращающимся диском, расположенным между приемником и передатчиком света и закрепленный на валу контролируемого объекта. Диск может быть непрозрачным с отверстиями, либо прозрачным с нанесенным на него кодированным рисунком. По сравнению с более сложными преобразователями переменного тока, это простая схема кодирования реализует, по существу, цифровой вывод результатов с оптических датчиков в недорогой надежной конструкции с хорошей помехоустойчивостью.
Есть два основных типа оптических энкодеров: инкрементные и абсолютные. Инкрементный энкодер измеряет скорость вращения и может выдать относительное положение, в то время как абсолютный энкодер измеряет непосредственно угловое положение и на выходе дает скорость. Если не принимать во внимание изменение информации о местоположении, то с инкрементным энкодером, как правило, легче работать и он обеспечивает эквивалентное разрешение при гораздо более низкой стоимости, чем абсолютные оптические энкодеры.
Инкрементный оптический энкодер
Оптические поворотные инкрементные энкодеры, еще их называют датчиками угла поворота, стали наиболее популярным устройством для измерения угловой скорости и положения в моторах, на валу колеса или рулевого механизма. В мобильных роботах, энкодеры используются для контроля положения или скорости колес и других, управляемых при помощи моторов соединений. Из-за того, что энкодеры являются проприоцептивными датчиками, их оценка положения является лучшей в системе координат робота и, при решении задачи локализации робота (см. слайды «Проблема локализации мобильного робота»), требуются значительные поправки.
Принцип действия инкрементного энкодера
Простейшим типом инкрементного энкодера является одноканальный тахометр, обычно состоящий из механического прерывателя света, производящего определенное количество прямоугольных или синусоидальных импульсов, при каждом обороте вала. Увеличение числа импульсов увеличивает разрешение (и стоимость) модуля. Разрешение энкодера измеряется в числе отсчетов на оборот (CPR, cycles per revolution). Минимальное угловое разрешение легко вычислить по величине CPR. Типичный энкодер в мобильной робототехнике имеет значение 2000 CPR, в то же время промышленный оптический энкодер может иметь параметр CPR равный 10000. С точки зрения требуемого диапазона, конечно же важно, чтобы энкодер был достаточно быстрым, чтобы успевать считывать значения на предполагаемой скорости вращения. Промышленные оптические энкодеры полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым в робототехнических приложениях.
Эти, относительно недорогие устройства используются в качестве датчиков скорости в цепи обратной связи в системах управления, работающих на средних и высоких скоростях, но на очень малых скоростях чувствительны к шумам и проблемам со стабилизацией из-за ошибок квантования. Здесь нужно искать компромисс между разрешением и скоростью обновления: улучшенная переходная характеристика требует большей скорости обновления, которая для данного числа линий уменьшает число возможных импульсов энкодера для интервала дискретизации.
В дополнение к нестабильности на низких скоростях, одноканальный тахометр также неспособен определять направление вращения и, следовательно, не может быть использован в качестве датчика положения. Квадратурные энкодеры, преодолели эти проблемы путем добавления второго канала, смещенного относительно первого, поэтому результирующие последовательности импульсов сдвинуты по фазе на 90 градусов, как показано на рисунке ниже. Этот метод позволяет декодирующей электронике определить, какой канал опережает другой и, следовательно, установить направление вращения. Кроме того, четыре детектируемых различных состояния увеличивают разрешение в четыре раза без изменения диска прерывателя. Таким образом, энкодер, имеющий 2000 CPR выдаст при квадратурной реализации даст уже 8000 отсчетов. Дальнейшее улучшение возможно путем измерения синусоидальной волны с помощью оптического детектора и выполнения сложной интерполяции. Такие методы, хотя и редко используемые в мобильной робототехнике, могут дать 1000-кратное увеличение разрешения.
Принцип действия квадратурного инкрементного оптического энкодера
Следствием инкрементного характера фазо-квадратурных выходных сигналов является то, что любое разрешение углового положения может быть выражено не в абсолютной форме, а только относительно некоторой опорной точки. Создание такой точки отсчета может быть произведено несколькими способами. Для приложений, включающих непрерывное вращение на 360 градусов, большинство энкодеров включает в качестве третьего канала специальный индексный выход, который переходит в высокое состояние на каждом полном обороте вала. Промежуточные положения вала затем определяются числом, на которое увеличился, или уменьшился счетчик импульсов от этого известного индексированного положения. Одним из недостатков такого подхода является потеря информации об относительном положении в случае сбоя питания.
В случае ограниченного вращения, такого как возвратно-поступательное движение вдоль направляющих (как в станках с ЧПУ) можно использовать электрические концевые выключатели и/или механические ограничители для задания исходного положения. Для улучшения повторяемости, возврат в исходное положение разбивается на два этапа. Ось вращается с пониженной скоростью в соответствующем направлении до тех пор, пока не встретится механизм остановки, после чего происходит обраткое вращение в течение предопределенного короткого промежутка времени. Вал вращается медленно обратно до остановки на заданной медленной скорости из этой заданной начальной точки, тем самым, устраняя любые изменения в инерциальной нагрузке, которые могли бы повлиять на окончательное исходное положение. Этот двухэтапный подход используется, например, при старте шагового двигателя для инициализации позиционирования печатающей головки в принтерах.
С другой стороны, функция абсолютного индексирования может быть основана на каком-то внешнем действии по созданию опорной точки, которое отделено от цикла непосредственного сервоуправления. Хорошей иллюстрацией этой ситуации служит инкрементный датчик, используемый для отслеживания угла рулевого управления платформы. Например, когда робот включается в первый раз, абсолютный угол рулевого управления неизвестен и должен быть инициализирован, используя «привязку» действия к маякам на док-станции, соседней стене, или какой-либо другой идентифицирующий набор ориентиров. Увеличение или уменьшение значения счетчика электронного декодера используется для изменения регистра направления транспортного средства в относительной форме.
Как и большинство проприоцептивных датчиков, энкодеры, как правило, находятся в контролируемой среде внутренней структуры мобильного робота, и поэтому систематическая ошибка и кросс-чувствительность могут быть устранены. Точность оптических датчиков часто предполагается равной 100%, и, хотя это может быть не совсем корректно, какие-либо ошибки оптического датчика являются незначительными ошибками по сравнению с тем, что происходит за валом двигателя.
Абсолютный оптический энкодер
Абсолютные энкодеры обычно используются в приложениях с медленным вращением в которых недопустима потенциальная потеря информации о положении. Элементы дискретного детектора в фотоэлектрической матрице индивидуально совмещены с концентрическими дорожками на светопрерывателе, создавая эффект бесконтактной реализации энкодера с щеточными контактами. Назначение отдельной дорожки для каждого бита результирующего разрешения приводит к дискам большего размера (по сравнению с конструкцией инкрементного энкодера) и соответствующему снижению допустимого отклонения при ударе и вибрации. При этом каждая дополнительная дорожка энкодера удваивает разрешение, но учетверяет стоимость датчика.
Принцип действия абсолютного оптического энкодера
Вместо последовательного потока битов, как в инкрементном датчике, абсолютные оптические энкодеры обеспечивают параллельный вывод слова данных с уникальным кодом шаблона для каждого дискретного положения вала. Чаще всего используется код Грея, двоичное и двоично-десятичное кодирование. Характерной особенностью кода Грея (по имени изобретателя Франка Грея из Bell Labs) является то, что только один бит изменяется за раз, помогая избежать тем самым асинхронных неоднозначностей, обусловленными электронными и механическими допусками элементов. С другой стороны, двоичный код постоянно включает множество измененных битов при увеличении или уменьшении счета на единицу. Например, при переходе из положения 255 в положение 0, восемь бит меняются с 1 в 0. Так как нет никакой гарантии, что все пороговые детекторы, являющиеся элементами слежения детектора сработают одновременно, в момент перехода будет присутствовать значительная неопределенность в данной схеме кодирования. Поэтому требуется дополнительный сигнал подтверждения правильности данных, если больше чем один бит изменился между последовательными положениями энкодера.
Поворот 8-битного диска с кодом Грея
На рисунке слева поворот против часовой стрелки на одну позицию становится причиной изменения только одного бита. На рисунке справа такой же поворот двоично-кодированного диска станет причиной изменения всех битов в частном случае (с 255 в 0) иллюстрируя тем самым опорную линию на 12 часов.
Абсолютные энкодеры лучше всего подходят для медленных и/или редких поворотов, таких как кодирование угла поворота рулевого колеса, в отличие от измерения высокоскоростного непрерывного (например, ведущее колесо) вращения, которое потребует вычисления смещения вдоль всего пути движения. Хотя и не столь надежны как резольверы для высокотемпературных или в приложениях с высокой ударной стойкостью, абсолютные энкодеры могут работать при температурах свыше 125 градусов и средним разрешением (1000 отсчетов на оборот). Потенциальным недостатком абсолютных энкодеров является их параллельный вывод данных, который требует более сложного интерфейса из-за большего количества проводов. 13-битный абсолютный энкодер, использующий дополнительные выходные сигналы для помехоустойчивости потребует 28-жильный кабель (13 сигнальных пар плюс питание и заземление) вместо шести в случае с резольвером или инкрементным энкодером.
Еще по этой теме
Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.
Механические и оптические энкодеры
Энкодер, или преобразователь угловых перемещений, – это электромеханическое устройство, которое преобразует угловое движение вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить его положение.
Энкодеры практически полностью заменили распространенные ранее сельсины и широко применяются во многих областях. Они входят в состав разнообразных машин, требующих точной регистрации параметров движения, таких как:
- печатные станки,
- металлообрабатывающие станки,
- лифтовая техника,
- оборудование для фасовки, упаковки и розлива,
- оптические системы (фотообъективы, телескопы),
- устройства ввода информации (мыши, трекболы),
- испытательные стенды,
- роботы и др.
Преобразователи угловых перемещений подразделяются на два типа – абсолютные энкодеры и инкрементные (относительные).
|
Тип |
Особенности |
Преимущества |
Применение |
|
Абсолютный энкодер |
|
|
В высокоточных системах (позиционирование в робототехнике, медицинской технике и т.п.) |
|
Инкрементный энкодер |
|
|
Для задач, не требующих учета абсолютного положения объекта (контроль скорости вращения, ускорения, угла поворота) |
По принципу действия различают магнитные, магниторезисторные, механические и оптические энкодеры.
Оптические энкодеры
В данном устройстве луч света, направленный светоизлучающим диодом, прерывается вращающимся диском, расположенным между приемником и передатчиком света и жестко закрепленным на валу контролируемого объекта. Вращающийся диск имеет в конструкции специальные прорези/щели (или непрозрачные штрихи), либо вместо диска может быть лента с областями с разной отражающей способностью.
Механические энкодеры
Механические энкодеры содержат диск из диэлектрика с нанесёнными выпуклыми, проводящими участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой контактов.
Ключевое преимущество оптических энкодеров – бесконтактная технология переключения, благодаря которой долговечность устройств увеличивается на порядок.
Электрическими выходными сигналами для инкрементного энкодера являются квадратурные сигналы: последовательные импульсы, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Любое разрешение углового положения может быть выражено не в абсолютной форме, а только относительно некоторой опорной точки.
Для абсолютного энкодера вместо последовательного потока битов выводится уникальный цифровой код для каждого дискретного положения вала. Чаще всего используется код Грея, двоичное и двоично-десятичное кодирование.
ПРОЧИП представляет энкодеры фирмы Grayhill – крупнейшего американского производителя надежных компонентов для ответственных применений. В продуктовой линейке – как абсолютные, так и инкрементные энкодеры.
Оптические энкодеры — Новости
Энкодер представляет собой датчик угла поворота вала. Они широко применяются в различном производственном оборудовании. С их помощью можно создавать автоматические системы с обратной связью. Наиболее целесообразно использовать оптические энкодеры. Они обладают точностью в десятые и сотые доли градуса, и их точность почти не изменяется со временем. Цена на них не сильно отличается от механических энкодеров.
Типовой оптический инкрементальный энкодер состоит из небольшого цилиндрического корпуса с двумя подшипниками и валом. На вал насажено несколько дисков с секторными метками или прорезями (маховики энкодера). Очень часто используется всего один диск, особенно, если число меток невелико. К каждому диску прилагается фототранзисторная сборка. Число позиций соответствует числу меток во всех дисках. Обычно данный параметр обозначается, как число импульсов на оборот. Например, при значении 400 импульсов точность энкодера составляет 1 – 0,9 градуса. Энкодер на 1000 импульсов на оборот уже имеет точность около 0,3 – 0,4 угловых градуса.
Инкрементальные энкодеры не регистрируют положение вала, когда он находится в покое. Они подают импульсы только после включения напряжения питания и приведения вала во вращение.
Диаметр вала оптических экнодеров – 3 – 5 мм, корпуса — 30 – 60 мм. При их использовании чрезвычайно важно обеспечить отсутствие люфта в соединении. Нельзя использовать ременной и фрикционный привод. Шестеренчатый, тоже нежелателен. Лучше всего если энкодер будет соединен с контролируемым валом с помощью муфты. Чтобы исключить преждевременный износ подшипников необходимо исключить радиальное биение. Малые габаритные размеры корпусов энкодеров позволяют их размещать в любых местах. Герметичный корпус обеспечивает защиту оптических элементов от пыли.
Выход оптического энкодера соединяется с промышленным контроллером. Также часто используется специальный интерфейсный адаптер. Он может быть как встроенным, так и установленным дополнительно. Напряжение питания светодиодов энкодера – 12 или 5 вольт в зависимости от модели. Импульсный выход можно соединять с любыми контроллерами при соответствующем согласовании всех электрических параметров.
Оптические энкодеры можно использовать для измерения скорости вращения, а также для индикации линейных перемещений, скорости и длины объекта. Для этого они снабжаются специальными измерительными колесами или тросовым приводом. Такие датчики необходимы в упаковочном, складском и деревообрабатывающем оборудовании.
Другие новости
Лучшая цена на оптический кодировщик — Лучшие предложения на оптический кодировщик от глобальных продавцов оптических кодировщиков
Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для оптического кодировщика. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.
Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.
AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот оптический кодировщик должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели оптический кодировщик на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.
Если вы все еще не уверены в оптическом кодировщике и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.
А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести оптический кодировщик по самой выгодной цене.
У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.
Как работают оптические энкодеры
Однодорожечная шкала
Шкала по существу представляет собой единственную дорожку контрастных линий полной ширины с номинальным периодом 30 мкм.Отсутствие нескольких параллельных гусениц дает важную защиту от ошибок рыскания и гораздо больший боковой допуск в положении головы.
Получение изображения
Масштаб отображается через асферическую линзу, которая сводит к минимуму искажения, на настраиваемую матрицу детекторов, разработанную специально для RESOLUTE. Оптическая схема с загнутым световым лучом, но с прямым отображением, очень компактна, но при этом стабильна, что обеспечивает точность, необходимую для превосходной метрологии.
Декодирование и анализ данных
Полученное детектором изображение передается через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в мощный цифровой сигнальный процессор (DSP).Затем специально разработанные алгоритмы получают истинное абсолютное, но относительно грубое положение из кода, встроенного в шкалу. Этот процесс проверяется, и вносятся исправления с помощью дополнительных алгоритмов в DSP, которые используют избыточность и намеренные ограничения в коде масштабирования. Тем временем другие процедуры вычисляют точное положение с очень высоким разрешением, которое затем комбинируется с грубым положением, чтобы обеспечить действительно абсолютное местоположение с очень высоким разрешением.
Заключительные проверки и вывод данных
После процедур окончательной проверки ошибок эта информация загружается в соответствующий протокол в контроллер в виде чистого последовательного слова, представляющего положение с точностью до 1 нм.Защита от электрических помех обеспечивается добавлением циклического контроля избыточности (CRC). Весь процесс может занять всего несколько микросекунд и повторяться до 25 000 раз в секунду. С помощью различных методов, включая регулировку продолжительности световой вспышки в зависимости от скорости оси, эта производительность достигается на скорости до 100 м / с, при этом, что особенно важно, сохраняется исключительно низкий позиционный джиттер при более низких рабочих скоростях.
И результат …
Энкодер с большими допусками на установку: RESOLUTE допускает ± 0.5 ° по рысканью, тангажу и крену и впечатляющая высота полета ± 150 мкм. Между тем, большая площадь оптики и усовершенствованные процедуры исправления ошибок обеспечивают превосходную устойчивость к оптическому загрязнению, как твердым частицам, так и жирным пятнам. Все это при сохранении разрешения 1 нм при скорости 100 м / с: RESOLUTE — это ответ на самый сложный вызов.
Магнитные и оптические энкодеры от FAULHABER
Произошла ошибка при поиске.Пожалуйста, начните новый поиск.
Товары
Каталог продукции
Выбор диска
Двигатели постоянного тока
Двигатели постоянного тока
- Без зубцового момента
- Плавное регулирование положения и скорости
- Высокая эффективность
- Низкий уровень шума
- Высокий крутящий момент
- Малый вес
- Очень низкая инерция ротора
- Динамический пуск-стоп
FAULHABER S / G
FAULHABER S / G
- Низкая пульсация крутящего момента и высокий КПД
- Широкий диапазон рабочих температур
- Без зубцового момента
- Низкий ток и пусковое напряжение
- Компактный и легкий
FAULHABER SR
FAULHABER SR
- Мощные редкоземельные магниты
- Широкий диапазон рабочих температур: от -30 ° C до +85 ° C (опционально от -55 ° C до +125 ° C)
- Стальной корпус с антикоррозийным покрытием
- Низкая пульсация крутящего момента и высокая эффективность
- Без зубцового момента
- Низкий ток и пусковое напряжение
- Чрезвычайно компактная и легкая конструкция со встроенным датчиком положения
FAULHABER CXR
FAULHABER CXR
- Высокая динамика благодаря малой инерции ротора
- Противоударный цельностальной корпус с антикоррозийным покрытием
- Мощный редкоземельный магнит
- Широкий диапазон рабочих температур: от -30 ° C до + 100 ° C (опционально -55 ° C)
- Коммутация из прочного графита
- Без зубцов
- Очень высокая удельная мощность
FAULHABER CR
FAULHABER CR
- Лучшие динамические характеристики благодаря малой инерции ротора
- Противоударный цельностальной корпус с антикоррозийным покрытием
- Мощный редкоземельный магнит
- Чрезвычайно широкий диапазон рабочих температур от -30 ° C до 125 ° C (опционально -55 ° C, намотка до 155 ° C)
- Коммутация из прочного графита
- Без зубцов
- Максимальная удельная мощность
FAULHABER SR-Flat
FAULHABER SR-Flat
- Чрезвычайно плоский дизайн.Длина от 6 мм до 19 мм
- 4-полюсное исполнение
- Минимальный момент инерции
- Доступны прямозубые цилиндрические редукторы минимальной длины с большим передаточным числом
- Доступны со встроенными оптическими энкодерами
Техническая информация
Бесщеточные двигатели постоянного тока
Бесщеточные двигатели постоянного тока
- Высокая эффективность, бесшумная конструкция
- Высокомоментный или высокоскоростной при небольших размерах и малом весе
- Высокодинамичный разгон и замедление
- Низкий уровень шума
- Доступен с широким спектром сенсоров или без сенсора
FAULHABER B-Micro
FAULHABER B-Micro
- Чрезвычайно компактная конструкция.Диаметр от 3 мм до 5 мм
- Для приложений с очень ограниченным пространством
- 2-полюсная конструкция со средними и высокими скоростями
- Доступны подходящие, очень компактные редукторы
- Доступны соответствующие регуляторы скорости
FAULHABER B
FAULHABER B
- Система без железа высокой плотности Обмотка FAULHABER
- Доступны цифровые или аналоговые датчики Холла
- Чрезвычайно плавное регулирование скорости
- Чувствительное управление позиционированием
FAULHABER BHx
FAULHABER BHx
- Большая мощность до 96 Вт при малом диаметре
- Высокая скорость, близкая к 100 000 мин-1 (версия BHS)
- Огромный импульсный крутящий момент> 30 мНм (версия BHT)
- Очень динамичный и отзывчивый с малой инерцией
- Низкая вибрация и низкий уровень шума, подходит для ручных инструментов
- Дополнительный встроенный энкодер
FAULHABER BX4
FAULHABER BX4
- Высокий крутящий момент и жесткость скорости благодаря 4-полюсной технологии
- Управление положением в чрезвычайно ограниченном пространстве для установки с помощью дополнительных аналоговых датчиков Холла
- Модульная концепция монтажа в соответствии с диаметром для магнитных и оптических энкодеров высокого разрешения
- Доступны версии со встроенными контроллерами скорости или движения
- Высокая надежность и длительный срок службы
- Динамически сбалансированный ротор, тихий ход
FAULHABER BP4
FAULHABER BP4
- Двигатели большой мощности с максимальным крутящим моментом
- Непрерывная мощность от 133 Вт до 150 Вт
- Превосходное соотношение крутящего момента к весу и размеру
- Очень высокий КПД до 91%
- Доступны полностью интегрированные аналоговые датчики Холла и соответствующие энкодеры, редукторы и контроллеры.
- Для динамического запуска / остановки
FAULHABER B-Flat
FAULHABER B-Flat
- Чрезвычайно плоский дизайн.Длина от 9 мм до 22 мм
- 4-полюсное исполнение
- Электронная коммутация с использованием трех цифровых датчиков Холла
- Доступны прямозубые цилиндрические редукторы минимальной длины с большим передаточным числом
- Точный контроль скорости
FAULHABER BXT
FAULHABER BXT
- Двигатели с внешним ротором и очень высоким крутящим моментом
- Длительная мощность до 100 Вт
- Превосходное соотношение крутящего момента к весу и размеру
- Плоский дизайн для приложений с ограниченным пространством.Диапазон длин от 14 до 21 мм.
- Доступны подходящие оптические и магнитные энкодеры, редукторы и органы управления
- 14-полюсная конструкция
Оптические энкодеры | Оптический поворотный энкодер
Оптические энкодеры | Оптический поворотный энкодер | Оптический линейный энкодер
официальный партнер Для всех основных брендов кодеров
- Быстрая доставка по всему миру
- Обширный выбор из
складских позиций - Замена устаревших оптических кодеров
- Служба экстренного ремонта
для всех оптических кодеров
Оптические кодеры
Encoders UK может поставлять оптические энкодеры всех производителей по всему миру. Если вы находитесь в Великобритании или Европе, мы можем предложить услуги по экстренному ремонту: вы отправите нам свой оптический энкодер или мы можем посетить вас на месте.Все линии на наших оптических энкодерах доступны от 1 до 90 000.
В Encoders UK наши оптические энкодеры являются одними из самых качественных оптических энкодеров на рынке сегодня. Мы производим надежные и герметичные энкодеры, используемые для требовательных и жестких промышленных приложений управления движением для нефтяных месторождений, лифтов, автоматизации производства, робототехники, сетевого управления процессами и контрольно-измерительных приборов.
Доступны все оптические энкодеры, и могут поставляться модифицированные версии для любых приложений.Оптические энкодеры с полым валом и оптические энкодеры с валом нестандартных размеров производятся в соответствии с требованиями заказчика. Доступны выходы синусоидальной волны, IVPP и TTL.
Итак, нужен ли вам датчик угла поворота или линейный датчик, мы можем помочь, поскольку мы являемся дистрибьюторами датчиков всех основных брендов.
Для получения дополнительной информации об оптических энкодерах позвоните нам по телефону 0121378 5577.
Узнать сейчас
Почему выбирают Encoders UK для оптических кодеров
- Большой выбор оптических энкодеров
- Аварийный ремонт всех оптических кодеров
- Быстрая доставка по всему миру
- Поставщики абсолютных механических, оптических и поворотных энкодеров
- Замена устаревших энкодеров
- Опыт работы более 30+
Примеры поставляемых нами оптических энкодеров
Не можете найти искомый оптический кодировщик?
Позвоните нам по телефону +44 (0) 121 378 5577.Будем рады помочь
Ремонт оптического кодера
Срочно нужен ремонт? Доступен быстрый оборот
Все наши ремонтные работы с оптическими кодировщиками выполняются в нашем полностью оборудованном сервисном отделе или на вашем предприятии.
Узнать сейчас
Поставляемые бренды оптических кодеров
Устаревшие оптические энкодеры
Не волнуйтесь!
Мы можем предложить качественную альтернативу
В Encoder UK, если у вас есть устаревший кодировщик, мы можем либо отремонтировать его для вас, либо получить альтернативу от другого производителя
Узнать сейчас
Свяжитесь с нами по поводу оптических энкодеров
Если у Вас есть вопросы, свяжитесь с нами.
Уже более 20 лет Encoders UK является ведущим дистрибьютором Heidenhain
в Великобритании.
Узнать больше
- Быстрая доставка по всему миру
- Большой выбор
складских позиций - Замена устаревших оптических кодеров
- Служба экстренного ремонта
для всех оптических Энкодеры
Оптический энкодер
Wikipedia
Абсолютный вращающийся энкодер с кодом Грея с 13 дорожками.Вверху виден корпус, диск прерывателя и источник света; внизу чувствительный элемент и опорные компоненты.
Датчик угла поворота , также называемый датчиком положения вала , представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует угловое положение или движение вала или оси в аналоговые или цифровые выходные сигналы. [1]
Существует два основных типа энкодеров: абсолютный и инкрементальный. Выходной сигнал абсолютного энкодера показывает текущее положение вала, что делает его преобразователем угла.Выходной сигнал инкрементального энкодера предоставляет информацию о движении вала, которая обычно обрабатывается в другом месте в такую информацию, как положение, скорость и расстояние.
Поворотные энкодеры используются в широком диапазоне приложений, которые требуют мониторинга или управления, или того и другого, механических систем, включая промышленные средства управления, робототехнику, фотографические линзы, [2] компьютерные устройства ввода, такие как оптомеханические мыши и трекболы, управляемые реометры напряжения и вращающиеся радарные платформы.
Технологии []
- Механические : Также известны как токопроводящие энкодеры. Ряд кольцевых медных дорожек, вытравленных на печатной плате, используется для кодирования информации с помощью контактных щеток, считывающих проводящие области. Механические энкодеры экономичны, но подвержены механическому износу. Они распространены в человеческих интерфейсах, таких как цифровые мультиметры. [3]
- Оптический : Использует свет, падающий на фотодиод через прорези в металлическом или стеклянном диске.Также существуют светоотражающие версии. Это одна из самых распространенных технологий. Оптические энкодеры очень чувствительны к пыли.
- On-Axis Magnetic : В этой технологии обычно используется специально намагниченный двухполюсный неодимовый магнит, прикрепленный к валу двигателя. Поскольку его можно закрепить на конце вала, он может работать с двигателями, у которых только 1 вал выходит из корпуса двигателя. Точность может варьироваться от нескольких градусов до менее 1 градуса. Разрешение может быть от 1 градуса до 0.09 градусов (4000 CPR, Count per Revolution). [4] Плохо спроектированная внутренняя интерполяция может вызвать дрожание на выходе, но это можно преодолеть с помощью внутреннего усреднения выборки.
- Off-Axis Magnetic : В этой технологии обычно используются ферритовые магниты с резиновой связкой, прикрепленные к металлической втулке. Это обеспечивает гибкость дизайна и низкую стоимость для индивидуальных приложений. Благодаря гибкости многих микросхем внеосевого энкодера, они могут быть запрограммированы на прием любого количества полюсов ширины, поэтому микросхему можно разместить в любом положении, требуемом для приложения.Магнитные энкодеры работают в суровых условиях, когда оптические энкодеры не работают.
Основные типы []
Абсолютный []
Абсолютный энкодер сохраняет информацию о положении при отключении питания от энкодера. [5] Положение энкодера доступно сразу после подачи питания. Взаимосвязь между значением энкодера и физическим положением управляемого оборудования устанавливается при сборке; Системе не нужно возвращаться к точке калибровки для поддержания точности положения.
Абсолютный энкодер имеет несколько кодовых колец с различными двоичными весовыми коэффициентами, которые обеспечивают слово данных, представляющее абсолютное положение энкодера в пределах одного оборота. Этот тип энкодера часто называют параллельным абсолютным энкодером. [6]
Многооборотный абсолютный угловой энкодер включает дополнительные кодовые колеса и шестерни. Колесо с высоким разрешением измеряет частичное вращение, а кодовые колеса с редуктором с низким разрешением регистрируют количество полных оборотов вала. [7]
Инкремент []
Инкрементальный энкодер немедленно сообщит об изменении положения, что является важной функцией в некоторых приложениях. Однако он не сообщает и не отслеживает абсолютное положение. В результате механическая система, контролируемая инкрементным энкодером, может быть переведена в исходное положение (перемещена в фиксированную контрольную точку) для инициализации измерений абсолютного положения.
Абсолютный датчик []
Абсолютный датчик угла поворота []
Строительство []
Цифровые абсолютные энкодеры создают уникальный цифровой код для каждого отдельного угла вала.Они бывают двух основных типов: оптические и механические.
Механические абсолютные энкодеры []
Металлический диск, содержащий набор концентрических колец отверстий, закреплен на изолирующем диске, который жестко закреплен на валу. Ряд скользящих контактов прикреплен к неподвижному объекту, так что каждый контакт скользит по металлическому диску на разном расстоянии от вала. При вращении диска вместе с валом одни контакты касаются металла, а другие попадают в зазоры, в которых металл был вырезан.Металлический лист подключается к источнику электрического тока, и каждый контакт подключается к отдельному электрическому датчику. Металлический рисунок спроектирован таким образом, что каждое возможное положение оси создает уникальный двоичный код, в котором некоторые контакты подключены к источнику тока (т.е. включены), а другие нет (т.е. выключены).
Поскольку контакты щеточного типа подвержены износу, энкодеры с контактами встречаются нечасто; их можно найти в низкоскоростных приложениях, таких как ручная регулировка громкости или регулировка в радиоприемнике.
Оптические абсолютные энкодеры []
Диск оптического кодировщика изготовлен из стекла или пластика с прозрачными и непрозрачными участками. Источник света и матрица фотодетекторов в любой момент считывают оптический рисунок, который получается из положения диска. [8]
Часто используется код Грея.
Этот код может быть прочитан управляющим устройством, например микропроцессором или микроконтроллером, для определения угла вала.
Абсолютный аналоговый тип создает уникальный двойной аналоговый код, который можно преобразовать в абсолютный угол вала.
Магнитные абсолютные энкодеры []
Магнитный кодировщик использует ряд магнитных полюсов (2 или более) для представления положения кодировщика на магнитном датчике (обычно магниторезистивном или на эффекте Холла). Магнитный датчик считывает положение магнитных полюсов.
Этот код может быть прочитан управляющим устройством, например микропроцессором или микроконтроллером, для определения угла вала, аналогично оптическому энкодеру.
Абсолютный аналоговый тип создает уникальный двойной аналоговый код, который может быть преобразован в абсолютный угол вала (с помощью специального алгоритма [ необходима ссылка ] ).
Из-за характера записи магнитных эффектов эти кодировщики могут быть оптимальными для использования в условиях, когда другие типы кодировщиков могут выйти из строя из-за скопления пыли или мусора. Магнитные энкодеры также относительно нечувствительны к вибрациям, незначительным перекосам или ударам.
- Коммутация бесщеточного двигателя
Встроенные энкодеры используются для индикации угла вала двигателя в бесщеточных двигателях с постоянными магнитами, которые обычно используются на станках с ЧПУ, роботах и другом промышленном оборудовании.В таких случаях кодировщик служит устройством обратной связи, которое играет жизненно важную роль в правильной работе оборудования. Для бесщеточных двигателей требуется электронная коммутация, которая часто частично реализуется за счет использования магнитов ротора в качестве абсолютного энкодера с низким разрешением (обычно шесть или двенадцать импульсов на оборот). Полученная информация об угле вала передается сервоприводу, чтобы он мог в любой момент времени запитать соответствующую обмотку статора.
Емкостные абсолютные энкодеры []
Диск асимметричной формы вращается внутри энкодера.Этот диск изменит емкость между двумя электродами, которую можно измерить и рассчитать, обратно до углового значения. [9]
Абсолютный многооборотный энкодер []
Многооборотный энкодер может обнаруживать и сохранять более одного оборота. Термин абсолютный многооборотный энкодер обычно используется, если энкодер обнаруживает движения своего вала, даже если энкодер не снабжен внешним источником питания.
Многооборотный энкодер с питанием от батареи []
В энкодере этого типа используется батарея для сохранения отсчетов при включении питания.Он использует энергосберегающую электрическую конструкцию для обнаружения движений.
Многооборотный энкодер с редуктором []
Эти энкодеры используют зубчатую передачу для механического запоминания числа оборотов. Положение отдельных шестерен определяется с помощью одной из вышеупомянутых технологий. [10]
Многооборотный энкодер с автономным питанием []
Эти энкодеры используют принцип сбора энергии для выработки энергии от движущегося вала. Этот принцип, введенный в 2007 году, [11] использует датчик Wiegand для выработки электроэнергии, достаточной для питания энкодера и записи числа оборотов в энергонезависимую память. [12]
Способы кодирования положения вала []
Стандартное двоичное кодирование []
Угловой энкодер для устройств измерения угла с 3-битной двоичной маркировкой. Внутреннее кольцо соответствует контакту 1 в таблице. Черные секторы включены. Нулевой градус находится справа, угол увеличивается против часовой стрелки.
Пример двоичного кода в чрезвычайно упрощенном кодировщике с тремя контактами показан ниже.
| Сектор | Контакт 1 | Контакт 2 | Контакт 3 | Угол |
|---|---|---|---|---|
| 0 | от | от | от | от 0 ° до 45 ° |
| 1 | от | от | НА | от 45 ° до 90 ° |
| 2 | от | НА | от | от 90 ° до 135 ° |
| 3 | от | НА | НА | от 135 ° до 180 ° |
| 4 | НА | от | от | от 180 ° до 225 ° |
| 5 | НА | от | НА | от 225 ° до 270 ° |
| 6 | НА | НА | от | от 270 ° до 315 ° |
| 7 | НА | НА | НА | от 315 ° до 360 ° |
Как правило, при наличии контактов n количество различных позиций вала составляет 2 n .В этом примере n равно 3, поэтому имеется 2³ или 8 позиций.
В приведенном выше примере контакты производят стандартный двоичный счет при вращении диска. Однако у этого есть недостаток, заключающийся в том, что если диск останавливается между двумя соседними секторами или контакты не идеально выровнены, может быть невозможно определить угол вала. Чтобы проиллюстрировать эту проблему, рассмотрим, что происходит, когда угол вала изменяется с 179,9 ° на 180,1 ° (с сектора 3 на сектор 4). В какой-то момент, в соответствии с приведенной выше таблицей, схема контакта меняется с включения-выключения на включение-выключение-выключение.Однако на самом деле это не так. В практическом устройстве контакты никогда не выровнены идеально, поэтому каждый переключается в разные моменты. Если сначала переключается контакт 1, затем, например, контакт 3, а затем контакт 2, фактическая последовательность кодов будет следующей:
- включено-включено (исходное положение)
- on-on-on (сначала включается контакт 1)
- вкл-вкл-выкл (далее контакт 3 выключается)
- вкл-выкл-выкл (наконец, контакт 2 выключается)
Теперь посмотрим на сектора, соответствующие этим кодам в таблице.По порядку это 3, 7, 6, а затем 4. Итак, из последовательности созданных кодов вал, похоже, перескочил из сектора 3 в сектор 7, затем перешел назад в сектор 6, затем снова назад в сектор 4, где мы и ожидали его найти. Во многих ситуациях такое поведение нежелательно и может привести к сбою системы. Например, если энкодер использовался в руке робота, контроллер подумает, что рука находится в неправильном положении, и попытается исправить ошибку, повернув ее на 180 °, что может привести к повреждению руки.
Кодировка серого []
Угловой энкодер для угловых измерительных приборов с 3-битным двоичным кодом Грея (BRGC). Внутреннее кольцо соответствует контакту 1 в таблице. Черные секторы включены. Ноль градусов находится справа, угол увеличивается против часовой стрелки.
Чтобы избежать вышеуказанной проблемы, используется кодировка Грея. Это система двоичного счета, в которой любые два соседних кода отличаются только одной битовой позицией. Для приведенного выше примера с тремя контактами версия с кодом Грея будет выглядеть следующим образом.
| Сектор | Контакт 1 | Контакт 2 | Контакт 3 | Угол |
|---|---|---|---|---|
| 0 | от | от | от | от 0 ° до 45 ° |
| 1 | от | от | НА | от 45 ° до 90 ° |
| 2 | от | НА | НА | от 90 ° до 135 ° |
| 3 | от | НА | от | от 135 ° до 180 ° |
| 4 | НА | НА | от | от 180 ° до 225 ° |
| 5 | НА | НА | НА | от 225 ° до 270 ° |
| 6 | НА | от | НА | от 270 ° до 315 ° |
| 7 | НА | от | от | от 315 ° до 360 ° |
В этом примере переход от сектора 3 к сектору 4, как и все другие переходы, вовлекает только один из контактов, меняющих свое состояние с включенного на выключенное или наоборот.Это означает, что последовательность неверных кодов, показанная на предыдущем рисунке, невозможна.
Однодорожечная кодировка серого []
Если конструктор перемещает контакт в другое угловое положение (но на такое же расстояние от центрального вала), то соответствующий «кольцевой шаблон» необходимо повернуть на тот же угол, чтобы получить тот же результат. Если самый старший бит (внутреннее кольцо на рисунке 1) достаточно повернуть, он точно соответствует следующему кольцу. Поскольку оба кольца в этом случае идентичны, внутреннее кольцо можно не устанавливать, а датчик для этого кольца перемещать на оставшееся идентичное кольцо (но смещенным под этим углом от другого датчика на этом кольце).Эти два датчика на одном кольце образуют квадратурный энкодер с одним кольцом.
Можно расположить несколько датчиков вокруг одной дорожки (кольца), чтобы последовательные положения различались только у одного датчика; В результате получился однодорожечный кодировщик кода Грея.
Методы вывода данных []
В зависимости от устройства и производителя абсолютный энкодер может использовать любой из нескольких типов сигналов и протоколов связи для передачи данных, включая параллельные двоичные, аналоговые сигналы (ток или напряжение) и системы последовательной шины, такие как SSI, BiSS, Heidenhain EnDat, Sick-Stegmann Hiperface, DeviceNet, Modbus, Profibus, CANopen и EtherCAT, которые обычно используют физические уровни Ethernet или RS-422 / RS-485.
Инкрементальный датчик []
Две квадратные волны в квадратуре. Направление вращения обозначается знаком фазового угла A-B, который в данном случае отрицательный, поскольку A следует за B.
Концептуальный чертеж механизма датчика углового инкрементального энкодера с соответствующими логическими состояниями сигналов A и B
Инкрементальный датчик угла поворота является наиболее широко используемым из всех датчиков угла поворота благодаря его способности предоставлять информацию о положении в реальном времени. Разрешение измерения инкрементального энкодера никоим образом не ограничивается его двумя внутренними инкрементальными датчиками движения; на рынке можно найти инкрементальные энкодеры с числом отсчетов до 10 000 на оборот или более.
Поворотные инкрементальные энкодеры сообщают об изменениях положения без соответствующего запроса, и они передают эту информацию со скоростью передачи данных, которая на порядки выше, чем у большинства типов абсолютных энкодеров вала. По этой причине инкрементальные энкодеры обычно используются в приложениях, требующих точного измерения положения и скорости.
Поворотный инкрементальный энкодер может использовать механические, оптические или магнитные датчики для обнаружения изменений положения вращения. Механический тип обычно используется как управляемый вручную «цифровой потенциометр» электронного оборудования.Например, современные домашние и автомобильные стереосистемы обычно используют механические поворотные энкодеры в качестве регуляторов громкости. Энкодеры с механическими датчиками требуют дребезга переключателя и, следовательно, ограничены в скорости вращения, с которой они могут работать. Оптический тип используется, когда встречаются более высокие скорости или требуется более высокая степень точности.
Поворотный инкрементальный энкодер имеет два выходных сигнала, A и B, которые выдают периодический цифровой сигнал в квадратуре при вращении вала энкодера. Это похоже на синусоидальные энкодеры, которые выводят синусоидальные сигналы в квадратуре (т.е.е., синус и косинус), [13] , таким образом, объединяя характеристики кодера и резольвера. Частота формы волны указывает скорость вращения вала, а количество импульсов указывает пройденное расстояние, тогда как соотношение фаз A-B указывает направление вращения.
Некоторые угловые инкрементальные энкодеры имеют дополнительный «индексный» выход (обычно обозначаемый Z), который излучает импульс, когда вал проходит под определенным углом. После каждого поворота сигнал Z утверждается, обычно всегда под одним и тем же углом, до следующего изменения состояния AB.Это обычно используется в радиолокационных системах и других приложениях, где требуется регистрационный сигнал, когда вал энкодера расположен под определенным опорным углом.
В отличие от абсолютных энкодеров, инкрементальный энкодер не отслеживает и не показывает абсолютное положение механической системы, к которой он прикреплен. Следовательно, для определения абсолютного положения в любой конкретный момент необходимо «отслеживать» абсолютное положение с помощью интерфейса инкрементального энкодера.
Недорогие инкрементальные энкодеры используются в механических компьютерных мышах. Обычно используются два кодировщика: один для определения движения влево-вправо, а другой для определения движения вперед-назад.
Другие датчики вращения с импульсным выходом []
Датчики вращения с одним выходом (например, тахометры) не могут использоваться для определения направления движения, но подходят для измерения скорости и положения при постоянном направлении движения. В некоторых приложениях они могут использоваться для измерения расстояния движения (например, Коллинз, Даниэль. «Что такое синусоидальный кодировщик (он же синусо-косинусный кодировщик)?». Мир дизайна. Проверено 19 августа 2020.
Дополнительная литература []
Внешние ссылки []
Оптический кодировщик
Оптический кодер
Много лет назад я участвовал в MASLab, конкурсе MIT по созданию
автономный робот. Через год или два я был на MASLab
персонал, помогающий подготовить оборудование к соревнованиям года. Один
из проектов, над которыми я работал, был оптический кодировщик.Этот оптический
кодировщик был в некоторой степени уникальным в том смысле, что он был разработан так, чтобы
надежный (или, по крайней мере, значительно лучше, чем катастрофа,
любительские конструкции есть). Работал в широком диапазоне освещения.
условия. Диск мог быть где угодно от пары миллиметров
до нескольких дюймов от оптических элементов. Узор на диске
можно печатать на широком спектре принтеров. Он также был разработан
быть очень недорогим и простым в сборке (припаять несколько деталей). Это
не был разработан для особо высокого разрешения.Достигать
Для этих целей я использовал дифференциальную конструкцию, где кодировщик смотрел
на двух узорах, и сравнил, какой был ярче, а не просто
глядя на единый узор.
В конце 2005 года я получил электронное письмо от студента из другого
университет просит мой дизайн. Студент упомянул, что там
в Интернете было мало информации о создании оптических
кодировщики, поэтому я решил, что готовый дизайн может быть
полезный, и в результате я сделал эту страницу.
Обзор оптического энкодера
Если вы знакомы с оптическими кодировщиками, пропустите этот раздел.
Оптический кодировщик измеряет, как далеко что-то переместилось,
оптически. Он делает это, глядя на схему чередования
черно-белый и счет количества переходов.
Оптические энкодеры бывают двух видов: обычные и квадратурные.
фаза. Обычный кодировщик использует простой черно-белый узор. Это
может подсчитать количество переходов, но не может определить направление
движение:
источник PostScript
Напротив, квадратурная фаза использует два смещенных образца, поэтому
что система может сказать, в какую сторону поворачивается вещь.Это может
либо явно с двумя шаблонами, либо неявно с помощью
один шаблон, но датчики расположены соответствующим образом. Пример
двухконтурный диск:
источник PostScript
Кроме того, оптические кодировщики могут использовать один из двух типов
датчики: отражающий и пробивной. Перерыв балки, как правило, больше
точный, но требует точного механического выравнивания, иногда трудно
достичь в проектах для любителей:
Датчик светового пучка. Изображение из магазина роботов (используется без
разрешение)
Напротив, отражающий датчик состоит только из светодиода рядом с
согласованный фотосенсор (фотодиод или фототранзистор).
Краткое руководство
Используемая схема была:
xcircuit источник
Улучшенная схема добавила бы триггер Шмидта, чтобы гарантировать
плавные переходы, а также фильтр нижних частот на выходе.
xcircuit источник
Я выбрал более простую конструкцию, в первую очередь, чтобы уменьшить
количество пайки студентам пришлось сделать.
Еще один шаг вверх, резистивный делитель будет заменен на
потенциометр, чтобы пользователь мог настроить на несоответствие между
фотосенсоры.
Кроме того, у меня есть довольно гибкий файл PostScript, который может
генерировать диски для оптических кодировщиков. Его легко модифицировать для
разного размера, обычные, четырехфазные, несимметричные,
дифференциал, и другие конструкции. Если я правильно помню, я основал это
из файла PostScript другого оптического кодировщика (для
генерирующие простые однофазные диски), но он был достаточно длинным
назад, что я уже не помню, чьи:
источник PostScript
Детали, которые мы использовали, не очень важны, но для справки:
- Операционный усилитель должен иметь очень низкий входной ток смещения (обычно
это означает любой операционный усилитель с полевым транзистором).Для определения стоимости мы использовали NJM062. - Фототранзистор предпочтительнее фотодиода. Каждая пара
фототранзисторы должны быть достаточно хорошо согласованы. Один способ сделать
это путем биннинга (вы берете кучу фотодатчиков, вставляете их в
последовательно с резистором при одинаковом уровне освещенности измерьте
выходное напряжение и 5 ячеек, каждый для диапазона выходного
напряжения). Он также должен иметь как можно более узкую направленность. Мы
использовал QSC114. - Светодиод должен быть согласован с фототранзистором (тот же пик
частота).Даже небольшие несоответствия могут вызвать серьезные проблемы. я
использовал серию QEC12x (какую именно, я не записал).
Мы сделали из него печатную плату. У меня была старая версия, где некоторые из
отверстия для деталей были недостаточно большими. Я верю текущему
версия такова: tar / gz-сжатый ZIP-сжатый, но я бы проверил это заранее
использовать. Плата была разработана с использованием бесплатного пакета PCB. Это был мой первый
Дизайн печатной платы. Если я правильно помню, моя фабрика не обрабатывала круги
правильно в файле Gerber, поэтому мне нужно было изменить источник печатной платы
выводить приближения окружностей из линий.
Выравнивание диска с датчиками критично.
Детали
В типичном оптическом кодировщике используется либо датчик прерывистого луча, либо
или одиночный узор (двойной для четырехфазного) чередования черного и
белый. Это сделано потому, что большинство дизайнов хорошо контролируются.
среда, где есть достаточно хорошо известные фиксированные уровни для
темный и светлый. В этом случае у нас был гораздо менее контролируемый
Окружающая среда:
- Оптический кодировщик пошел прямо на колесо.Как результат,
уровень окружающего освещения менялся на несколько порядков
величина. - Диск оптического кодировщика может быть расположен в разных
расстояния от датчика. - Диск оптического кодировщика может быть напечатан на различных
принтеры, в которых тонер может быть более или менее отражающим, чем
бумага, в разном количестве.
По этим причинам традиционные оптические энкодеры для любителей
быть полными бедствиями. Чтобы смягчить некоторые из этих проблем, мы использовали
дифференциальная конструкция.Поскольку фотодатчики совпадают, так что
дизайн был очень нечувствителен к уровню окружающего освещения или насколько
свет отражался от поверхности, пока разное количество
света были отражены.
Использование встречных фототранзисторов в качестве делителя напряжения
(вместо того, чтобы сначала усилить), пусть дизайн будет иметь огромную динамику
спектр.
Уменьшен главный недостаток дифференциальной конструкции
разрешающая способность. Нам потребовалось четыре кольца для четырехфазной конструкции вместо
два.В результате самое внутреннее кольцо имело гораздо меньший радиус,
и поэтому не могло быть очень плотных полос. В дополнение
фотосенсоры должны быть достаточно хорошо согласованы.
Традиционный дизайн фотодатчика
Если вы планируете построить несимметричный кодировщик:
Вы можете купить пакеты, содержащие согласованный передатчик и
получатель. Обычно они доступны только в SMT, но их гораздо больше.
удобный. Они бывают как с отражающим, так и с прерывистым светом.
версии.Некоторые представляют собой всего лишь пару передатчик / приемник, но некоторые
включать полную схему, которая может, при условии некоторой минимальной скорости
вращение, самонастройка.
Традиционная конструкция фотосенсора:
xcircuit источник
Немного лучший дизайн, если вы знаете минимальную скорость
вращение, это:
xcircuit источник
Катушка индуктивности может быть либо настоящей, либо активной.
индуктороподобное устройство на транзисторах. Это удаляет DC
(окружающий) уровень освещенности.Важными параметрами операционного усилителя являются:
- Низкий входной ток смещения.
- Для большинства фотодатчиков, произведение коэффициента усиления и полосы пропускания. Это несколько
менее важно для оптического кодировщика, который обычно работает
на несколько герц.
Обычно за этим следует второй этап
состоящий из фильтра нижних частот и триггера Шмидта для очистки
сигнал.
Есть еще один простой способ получить оптический энкодер для
любительские проекты — используйте компьютерную мышь.Много домашнего хозяйства
электронные устройства включают оптический кодировщик (мой старый, сломанный
CD-чейнджеров было минимум 3 или 4), но мыши бывают:
- Дешевая
- Talk PS / 2 (известный, задокументированный
протокол) - Очень высокое разрешение (несколько сотен точек на дюйм)
- Оптические мыши могут использоваться напрямую, без каких-либо сложностей
механические муфты
Недостаток в том, что в отличие от обычного оптического
кодировщик, некоторые мыши PS / 2 могут интегрировать ошибку в течение длительных периодов
время.В результате, хотя они очень хорошо работают для определения скорости, они
не работают также для определения положения в длительном
применение.
Производительность
Меня не было во время соревнований, поэтому не знаю как
хорошо они выступили в поле, или какие проблемы, если есть,
мы. Первоначально я слышал от организаторов конкурса, что дизайн
работал очень хорошо. Позже бывший студент сказал мне, что некоторые
количество студентов, у которых есть серьезные проблемы с получением надежных
чтения.Не знаю, насколько часто возникали проблемы, но я бы
подозреваю, что преобладающие проблемы были связаны с:
- Выравнивание диска (вырезать и наклеить приклеивать головная боль)
это точно). - Отсутствие разрешения.
- Неверная версия файла PostScript, где кружки сделали
не совмещать с датчиками. - Несколько студентов пытались увеличить количество полосок для
более высокая точность. - Несоответствие между фотодатчиками или другие различия между устройствами.
- В контесте использовались ИК-маяки, которые могли быть или не быть на
та же частота, что и энкодеры.
