Kódovače — snímače uhla natočenia

Polohovanie v rôznych typoch priemyselných zariadení je zabezpečené pomocou jednoducho vyzerajúcich zariadení — enkodérov (alebo inak povedané uhlových snímačov).

Snímače sa používajú na prevod lineárneho alebo rotačného pohybu na binárny digitálny signál. Kodér je zariadenie, ktorého hriadeľ je spojený s rotačným hriadeľom skúmaného objektu a zabezpečuje elektronické riadenie uhla jeho natočenia. Podľa princípu činnosti sú kódovače rozdelené na optické a magnetické.

Na hriadeli optického kódovača je po obvode kotúč s prerušovanými okienkami, proti ktorému je LED a fototranzistor, ktoré zabezpečujú tvorbu výstupného signálu v tvare obdĺžnikové impulzy s frekvenciou úmernou počtu okien a rýchlosti otáčania disku / hriadeľa. Počet impulzov udáva uhol natočenia.

Optické snímače sú dostupné ako inkrementálne a absolútne snímače.

Inkrementálne kódovače majú prerušovaný disk s mnohými oknami rovnakej veľkosti ako základný polomer a dvoma čítaniami optočleny, ktorý umožňuje zafixovať uhol aj smer otáčania hriadeľa.Na extra polomere disku sa nachádza jediné prerušovacie okienko a zodpovedajúci optočlen, ktoré definujú počiatočnú polohu (domov).

Záporný krútiaci moment – ​​inkrementálne snímače poskytujú relatívne čítanie uhla natočenia, pričom informácia o ňom sa pri zastavení otáčania neuloží. Medzi ich výhody patrí jednoduchosť dizajnu (a teda nízka cena) pri vysokom rozlíšení a vysokej prevádzkovej frekvencii.

Inkrementálne snímače so zvýšenou odolnosťou sú zamerané na priemyselné aplikácie - v strojárstve, valcovniach, lodiarstve, textilnom priemysle, obuvníctve, drevárstve. Pre takéto enkodéry sú rozhodujúce parametre rozlíšenie v uhle natočenia, schopnosť pracovať na vysokých frekvenciách, vysoký stupeň ochrany, aby odolali podmienkam drsného prostredia.

Disk s čiarami alebo zárezmi, ktoré prerušujú svetelný lúč do optického snímača. Elektronický obvod sníma prerušenie lúča a generuje digitálne výstupné impulzy z kódovača.

Kódovací disk — zariadenie na prevod uhlových posunov hriadeľa do digitálnej podoby. Na kódovací disk sa aplikuje geometrický obraz digitálneho kódu. Symboly kódových bitov sa aplikujú na sústrednú stopu a najmenej významné (menej významné) bity sú umiestnené bližšie k periférii.

V závislosti od spôsobu čítania kódu (kontaktný, fotoelektrický, elektromagnetický, indukčný, elektrostatický atď.) geometrický obraz kódu pozostáva z elektricky vodivého a elektricky izolovaného, ​​priehľadného a nepriehľadného, ​​magnetického a nemagnetického atď.

Najrozšírenejšie boli kódovacie disky s rôznymi binárnymi kódmi, ktoré vylučujú výskyt chýb pri prekračovaní hraníc samostatných diskrétnych sekcií, keď niektoré bity možno čítať na jednej strane hranice a niektoré na druhej strane (kvôli nepresnej inštalácii vymeniteľných zariadení alebo v dôsledku nesúčasného čítania kódu počas otáčania disku Tieto kódy zahŕňajú takzvaný Fau kód (Barkerov kód) a Reflexný kód (Greyov kód).

Niektoré optické rotačné kódovače používajú reflexný kódovací disk. Tento disk má striedavé časti, ktoré absorbujú alebo odrážajú svetlo a zdroj svetla spolu s prijímačom sú umiestnené na jednej strane disku. Ak je k dispozícii iba jeden svetelný zdroj a prijímač, sekvencia impulzov zo snímača vám umožní zistiť, o koľko krokov sa disk otočil vzhľadom na jeho predchádzajúcu polohu.

Senzor nedokáže určiť smer otáčania, ale ak pridáte druhý pár zdroj-prijímač, fázovo posunutý o 90 stupňov od prvého, potom bude mikrokontrolér schopný určiť smer otáčania disku podľa fázového rozdielu medzi pulzné vlaky.

Malo by sa pamätať na to, že každý systém, ktorý zisťuje relatívnu rotáciu disku, ale nedokáže zmerať jeho absolútnu uhlovú polohu, je inkrementálny kódovač.

Absolútny kodér má nesúvislý disk so sústrednými oknami rôznych polomerov, ktorých relatívne veľkosti sú určené binárnym kódom a ktoré sa čítajú súčasne, pričom dávajú kódovaný výstupný signál pre každú uhlovú polohu (Gray kód, binárny kód...).

V tomto prípade je možné získať údaje o okamžitej polohe hriadeľa bez digitálneho počítadla alebo vrátiť sa do východiskovej polohy, pretože výstup má kódované slovo — «n bit», chránené pred elektrickým šumom.

Absolútne kódovače sa používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú dlhodobé ukladanie vstupných dát, sú však dizajnovo zložitejšie a drahšie.

Absolútne snímače s rozhraním fieldbus majú výstupné rozhranie pre komunikáciu fieldbus v súlade s normami CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus a používajú binárny kód na určenie uhla natočenia. Vyššie uvedené komunikačné rozhrania sú programovateľné podľa množstva parametrov: napr. smer otáčania, rozlíšenie impulzov na otáčku, prenosová rýchlosť.

Snímače namontované na hriadeli motora účinne poskytujú presné riadenie polohy. Takéto snímače sa zvyčajne vyrábajú vo verzii «diera» a dôležitým prvkom ich konštrukcie sú špeciálne spojky, ktoré umožňujú kompenzovať vôľu hriadeľa motora.

Polohovanie za vyššie uvedených podmienok najefektívnejšie poskytuje magnetický kódovač, v ktorom sa prevod uhlového posunu hriadeľa na elektronický signál vykonáva bezkontaktne na základe Hallovho javu, nesúvisí s rotáciou optického choppera vo vnútri. snímač a umožňuje spracovanie signálu rýchlosťou až 60 000 ot./min.

V magnetickom kódovači je vysokorýchlostné otáčanie vonkajšieho hriadeľa, na ktorom je upevnený permanentný valcový magnet, snímané Hallovým snímačom kombinovaným na jedinom polovodičovom kryštáli s regulátorom spracovania signálu.

Keď sa póly permanentného magnetu otáčajú nad mikroobvodom s Hallov senzor premenlivý vektor magnetickej indukcie indukuje Hallovo napätie, ktoré obsahuje informáciu o okamžitej hodnote uhla natočenia hriadeľa. Mikrokontrolér poskytuje rýchlu konverziu Hallovho napätia na parameter polohovacieho uhla.

Možnosť takejto konverzie bez priameho mechanického spojenia magnetu a prvkov Hallovho snímača je hlavnou výhodou magnetických snímačov, poskytuje im vysokú spoľahlivosť a odolnosť a umožňuje im efektívne pracovať vo vysokorýchlostných aplikáciách súvisiacich s priemyselnou automatizáciou, tlačou, kovoobrábaním. , meracie a meracie zariadenia.