Kodētāji — Rotācijas leņķa sensori

Pozicionēšana dažāda veida rūpnieciskajās iekārtās tiek nodrošināta, izmantojot vienkārša izskata ierīces — kodētājus (jeb, citiem vārdiem sakot, leņķa sensorus).

Kodētāji tiek izmantoti, lai lineāru vai rotējošu kustību pārveidotu binārā ciparu signālā. Kodētājs ir ierīce, kuras vārpsta ir savienota ar pētāmā objekta rotējošo vārpstu un nodrošina tā griešanās leņķa elektronisku vadību. Saskaņā ar darbības principu kodētājus iedala optiskajos un magnētiskajos.

Uz optiskā kodētāja vārpstas ir disks ar periodiskiem logiem pa perimetru, pret kuru atrodas gaismas diode un fototranzistors, kas nodrošina izejas signāla veidošanos formā taisnstūra impulsu vilcieni ar frekvenci, kas ir proporcionāla gan logu skaitam, gan diska/vārpstas griešanās ātrumam. Impulsu skaits norāda griešanās leņķi.

Optiskie kodētāji ir pieejami kā inkrementālie un absolūtie kodētāji.

Inkrementālajiem kodētājiem ir intermitējošais disks ar daudziem logiem, kuru izmērs ir tāds pats kā bāzes rādiuss, un diviem rādījumiem opto savienotāji, kas ļauj fiksēt gan vārpstas griešanās leņķi, gan griešanās virzienu.Uz diska papildu rādiusa ir viens pārtraukuma logs un atbilstošs optiskais savienotājs, kas nosaka sākuma pozīciju (mājas).

Negatīvs griezes moments - Inkrementālie kodētāji nodrošina relatīvu griešanās leņķa nolasījumu, par kuru informācija netiek saglabāta, kad rotācija tiek apturēta. To priekšrocības ietver dizaina vienkāršību (un attiecīgi zemas izmaksas) ar augstu izšķirtspēju un augstu darbības frekvenci.

Inkrementālie kodētāji ar paaugstinātu izturību ir vērsti uz rūpnieciskiem lietojumiem - mašīnbūvē, velmētavās, kuģu būvē, tekstilizstrādājumos, apavos, kokapstrādei. Šādiem kodētājiem noteicošie parametri ir izšķirtspēja griešanās leņķī, spēja strādāt augstās frekvencēs, augsta aizsardzības pakāpe, lai izturētu skarbās vides apstākļus.

Disks ar līnijām vai iegriezumiem, kas pārtrauc gaismas staru uz optisko sensoru. Elektroniskā shēma uztver staru kūļa pārtraukumus un ģenerē ciparu izejas impulsus no kodētāja.

Kodēšanas disks - ierīce vārpstas leņķisko pārvietojumu pārveidošanai digitālā formā. Kodēšanas diskam tiek uzlikts digitālā koda ģeometriskais attēls. Koda bitu simboli tiek lietoti koncentriskā celiņā, un vismazāk nozīmīgie (mazāk nozīmīgie) biti atrodas tuvāk perifērijai.

Atkarībā no koda nolasīšanas metodes (kontakta, fotoelektriskā, elektromagnētiskā, indukcijas, elektrostatiskā u.c.) koda ģeometrisko attēlu veido elektriski vadošs un elektriski izolēts, caurspīdīgs un necaurspīdīgs, magnētisks un nemagnētisks u.c.

Visizplatītākie bija kodēšanas diski ar binārā koda variantiem, kas izslēdz kļūdu rašanos, šķērsojot atsevišķu diskrētu sekciju robežas, kad dažus bitus var nolasīt vienā robežas pusē, bet dažus otrā (neprecīzas instalācijas dēļ). noņemamām ierīcēm vai nevienlaicīgas koda nolasīšanas dēļ, kamēr disks griežas. Šie kodi ietver tā saukto Fau kodu (Barkera kods) un Reflex kodu (Grey kodu).

Daži optiskie rotējošie kodētāji izmanto atstarojošu kodētāja disku. Šim diskam ir mainīgas sadaļas, kas absorbē vai atstaro gaismu, un gaismas avots kopā ar uztvērēju atrodas vienā diska pusē. Ja ir tikai viens gaismas avots un uztvērējs, sensora impulsu secība ļauj noskaidrot, cik soļus disks ir pagriezis attiecībā pret iepriekšējo pozīciju.

Sensors nevar noteikt griešanās virzienu, bet, ja pievienosit otru avota-uztvērēja pāri, kas ir 90 fāzes ārpus pirmā, tad mikrokontrolleris varēs noteikt diska griešanās virzienu pēc fāzes starpības starp pulss trenē.

Jāatceras, ka jebkura sistēma, kas nosaka diska relatīvo rotāciju, bet nevar izmērīt tā absolūto leņķisko pozīciju, ir inkrementālais kodētājs.

Absolūtajam kodētājam ir pārtraukts disks ar dažādu rādiusu koncentriskiem logiem, kuru relatīvos izmērus nosaka binārais kods un kuri tiek nolasīti vienlaicīgi, dodot kodētu izejas signālu katrai leņķiskajai pozīcijai (Gray kods, binārais kods...).

Šajā gadījumā ir iespējams iegūt datus par momentāno vārpstas stāvokli bez digitālā skaitītāja vai atgriezties sākotnējā pozīcijā, jo izejā ir kodēts vārds "n bits", kas ir aizsargāts no elektriskā trokšņa.

Absolūto kodētājus izmanto lietojumprogrammās, kurās ievades dati ir jāuzglabā ilgu laiku, taču tie ir sarežģītāki pēc konstrukcijas un dārgāki.

Absolūtajiem kodētājiem ar lauka kopnes interfeisu ir izejas interfeiss lauka kopnes komunikācijai saskaņā ar CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus standartiem un rotācijas leņķa noteikšanai izmanto bināro kodu. Iepriekš minētās komunikācijas saskarnes ir programmējamas saskaņā ar vairākiem parametriem: piemēram, griešanās virzienu, impulsa izšķirtspēju uz apgriezienu, datu pārraides ātrumu.

Kodētāji, kas uzstādīti uz motora vārpstas, efektīvi nodrošina precīzu pozicionēšanas vadību. Šādi kodētāji parasti tiek ražoti «urbuma» versijā, un īpašie savienojumi ir svarīgi to konstrukcijas elementi, kas ļauj kompensēt motora vārpstas pretdarbību.

Pozicionēšana augstākminētajos apstākļos visefektīvāk nodrošina magnētisko kodētāju, kurā vārpstas leņķiskās nobīdes pārveidošana elektroniskā signālā tiek veikta bezkontakta, pamatojoties uz Hola efektu, nav saistīta ar optiskā smalcinātāja rotāciju iekšpusē. sensoru un ļauj apstrādāt signālu ar ātrumu līdz 60 000 apgr./min.

Magnētiskajā kodētājā ārējās vārpstas, uz kuras ir fiksēts pastāvīgs cilindrisks magnēts, ātrgaitas rotāciju uztver Hola sensors, kas apvienots uz viena pusvadītāja kristāla ar signāla apstrādes kontrolieri.

Kad pastāvīgā magnēta stabi griežas virs mikroshēmas ar Halles sensors mainīgais magnētiskās indukcijas vektors inducē Hola spriegumu, kas satur informāciju par vārpstas griešanās leņķa momentāno vērtību. Mikrokontrolleris nodrošina ātru Hall sprieguma pārveidošanu pozicionēšanas leņķa parametrā.

Šādas pārveidošanas iespēja bez magnēta un Hola sensoru elementu tiešas mehāniskas savienošanas ir magnētisko kodētāju galvenā priekšrocība, nodrošina tiem augstu uzticamību un izturību un ļauj tiem efektīvi strādāt ātrdarbīgos lietojumos, kas saistīti ar rūpniecisko automatizāciju, drukāšanu, metālapstrādi. , mērīšanas un mērīšanas iekārtas.