Κωδικοποιητές — Περιστροφικοί αισθητήρες γωνίας

Η τοποθέτηση σε διάφορους τύπους βιομηχανικού εξοπλισμού παρέχεται με χρήση απλών συσκευών — κωδικοποιητών (ή με άλλα λόγια, αισθητήρων γωνίας).

Οι κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της γραμμικής ή περιστροφικής κίνησης σε δυαδικό ψηφιακό σήμα. Ο κωδικοποιητής είναι μια συσκευή της οποίας ο άξονας συνδέεται με τον περιστρεφόμενο άξονα του υπό μελέτη αντικειμένου και παρέχει ηλεκτρονικό έλεγχο της γωνίας περιστροφής του τελευταίου. Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι κωδικοποιητές χωρίζονται σε οπτικούς και μαγνητικούς.

Στον άξονα του οπτικού κωδικοποιητή υπάρχει ένας δίσκος με διακοπτόμενα παράθυρα περιμετρικά, πάνω στον οποίο υπάρχει ένα LED και ένα φωτοτρανζίστορ, που εξασφαλίζουν το σχηματισμό ενός σήματος εξόδου σε μορφή ορθογώνια παλμικά τρένα με συχνότητα ανάλογη τόσο με τον αριθμό των παραθύρων όσο και με την ταχύτητα περιστροφής του δίσκου / άξονα. Ο αριθμός των παλμών δείχνει τη γωνία περιστροφής.

Οι οπτικοί κωδικοποιητές είναι διαθέσιμοι ως επαυξητικοί και απόλυτοι κωδικοποιητές.

Οι επαυξητικοί κωδικοποιητές έχουν έναν διακοπτόμενο δίσκο με πολλά παράθυρα ίδιου μεγέθους με την ακτίνα βάσης και δύο ενδείξεις οπτικούς συζεύκτες, το οποίο σας επιτρέπει να καθορίσετε τόσο τη γωνία περιστροφής όσο και την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα.Στην επιπλέον ακτίνα του δίσκου υπάρχει ένα ενιαίο παράθυρο διακοπής και ένας αντίστοιχος οπτικός συζευκτήρας που ορίζουν τη θέση εκκίνησης (home).

Αρνητική ροπή - Οι επαυξητικοί κωδικοποιητές παρέχουν μια σχετική ανάγνωση της γωνίας περιστροφής, πληροφορίες για την οποία δεν αποθηκεύονται όταν διακόπτεται η περιστροφή. Τα πλεονεκτήματά τους περιλαμβάνουν την απλότητα του σχεδιασμού (και, κατά συνέπεια, το χαμηλό κόστος) σε υψηλή ανάλυση και υψηλή συχνότητα λειτουργίας.

Οι επαυξητικοί κωδικοποιητές με αυξημένη ανθεκτικότητα επικεντρώνονται σε βιομηχανικές εφαρμογές - στη μηχανολογία, τα ελασματουργεία, τη ναυπηγική, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα υποδήματα, την επεξεργασία ξύλου. Για τέτοιους κωδικοποιητές, οι καθοριστικές παράμετροι είναι η ανάλυση στη γωνία περιστροφής, η ικανότητα εργασίας σε υψηλές συχνότητες, ο υψηλός βαθμός προστασίας για την αντοχή στις συνθήκες του σκληρού περιβάλλοντος.

Ένας δίσκος με γραμμές ή εγκοπές που διακόπτουν τη δέσμη φωτός προς τον οπτικό αισθητήρα. Ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ανιχνεύει τη διακοπή της δέσμης και παράγει ψηφιακούς παλμούς εξόδου από τον κωδικοποιητή.

Δίσκος κωδικοποίησης — μια συσκευή για τη μετατροπή των γωνιακών μετατοπίσεων του άξονα σε ψηφιακή μορφή. Μια γεωμετρική εικόνα ενός ψηφιακού κώδικα εφαρμόζεται στον δίσκο κωδικοποίησης. Τα σύμβολα bit κώδικα εφαρμόζονται σε ένα ομόκεντρο κομμάτι και τα λιγότερο σημαντικά (λιγότερο σημαντικά) bits βρίσκονται πιο κοντά στην περιφέρεια.

Ανάλογα με τη μέθοδο ανάγνωσης του κώδικα (επαφή, φωτοηλεκτρική, ηλεκτρομαγνητική, επαγωγική, ηλεκτροστατική κ.λπ.), η γεωμετρική εικόνα του κώδικα αποτελείται από ηλεκτρικά αγώγιμη και ηλεκτρικά μονωμένη, διαφανή και αδιαφανή, μαγνητική και μη μαγνητική κ.λπ.

Οι πιο διαδεδομένοι ήταν δίσκοι κωδικοποίησης με ποικιλίες δυαδικού κώδικα, οι οποίοι αποκλείουν την εμφάνιση σφαλμάτων κατά τη διέλευση των ορίων χωριστών διακριτών τμημάτων, όταν ορισμένα bit μπορούν να διαβαστούν στη μία πλευρά του ορίου και μερικά στην άλλη (λόγω ανακριβούς εγκατάστασης αφαιρούμενων συσκευών ή λόγω μη ταυτόχρονης ανάγνωσης κώδικα ενώ ο δίσκος περιστρέφεται Αυτοί οι κωδικοί περιλαμβάνουν τον λεγόμενο κώδικα Fau (κωδικός Barker) και τον κωδικό Reflex (Γκρι κώδικας).

Ορισμένοι οπτικοί περιστροφικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν έναν ανακλαστικό δίσκο κωδικοποιητή. Αυτός ο δίσκος έχει εναλλασσόμενα τμήματα που απορροφούν ή αντανακλούν το φως και η πηγή φωτός μαζί με τον δέκτη βρίσκονται στη μία πλευρά του δίσκου. Εάν υπάρχει μόνο μία πηγή φωτός και ένας δέκτης, η ακολουθία παλμών από τον αισθητήρα σάς επιτρέπει να μάθετε πόσα βήματα έχει περιστραφεί ο δίσκος σε σχέση με την προηγούμενη θέση του.

Ένας αισθητήρας δεν μπορεί να πει την κατεύθυνση περιστροφής, αλλά αν προσθέσετε ένα δεύτερο ζεύγος πηγής-δέκτη, 90 εκτός φάσης από το πρώτο, τότε ο μικροελεγκτής θα μπορεί να προσδιορίσει την κατεύθυνση περιστροφής του δίσκου με βάση τη διαφορά φάσης μεταξύ οι σφυγμοί.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι κάθε σύστημα που ανιχνεύει τη σχετική περιστροφή του δίσκου αλλά δεν μπορεί να μετρήσει την απόλυτη γωνιακή του θέση είναι ένας αυξητικός κωδικοποιητής.

Ένας απόλυτος κωδικοποιητής έχει έναν ασυνεχή δίσκο με ομόκεντρα παράθυρα διαφορετικών ακτίνων των οποίων τα σχετικά μεγέθη καθορίζονται από τον δυαδικό κώδικα και τα οποία διαβάζονται ταυτόχρονα, δίνοντας ένα κωδικοποιημένο σήμα εξόδου για κάθε γωνιακή θέση (Γκρι κώδικας, δυαδικός κώδικας...).

Σε αυτήν την περίπτωση, είναι δυνατή η λήψη δεδομένων για τη στιγμιαία θέση του άξονα χωρίς ψηφιακό μετρητή ή η επιστροφή στην αρχική θέση, καθώς η έξοδος έχει μια κωδικοποιημένη λέξη — «n bit», προστατευμένη από ηλεκτρικό θόρυβο.

Οι απόλυτοι κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτούν αποθήκευση δεδομένων εισόδου για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά είναι πιο πολύπλοκοι στο σχεδιασμό και πιο ακριβοί.

Οι απόλυτοι κωδικοποιητές με διεπαφή fieldbus διαθέτουν διεπαφή εξόδου για επικοινωνία fieldbus σύμφωνα με τα πρότυπα CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus και χρησιμοποιούν έναν δυαδικό κώδικα για τον προσδιορισμό της γωνίας περιστροφής. Οι παραπάνω διεπαφές επικοινωνίας μπορούν να προγραμματιστούν σύμφωνα με μια σειρά παραμέτρων: π.χ. κατεύθυνση περιστροφής, ανάλυση παλμού ανά περιστροφή, ρυθμός baud.

Οι κωδικοποιητές που είναι τοποθετημένοι στον άξονα του κινητήρα παρέχουν αποτελεσματικά ακριβή έλεγχο θέσης. Τέτοιοι κωδικοποιητές παράγονται συνήθως στην έκδοση «τρύπας» και οι ειδικοί σύνδεσμοι είναι σημαντικά στοιχεία του σχεδιασμού τους, που επιτρέπουν την αντιστάθμιση της οπισθοδρόμησης του άξονα του κινητήρα.

Η τοποθέτηση κάτω από τις παραπάνω συνθήκες παρέχει πιο αποτελεσματικά έναν μαγνητικό κωδικοποιητή, στον οποίο η μετατροπή της γωνιακής μετατόπισης του άξονα σε ηλεκτρονικό σήμα πραγματοποιείται χωρίς επαφή με βάση το φαινόμενο Hall, δεν σχετίζεται με την περιστροφή του οπτικού κόφτη στο εσωτερικό τον αισθητήρα και επιτρέπει την επεξεργασία σήματος με ταχύτητες έως και 60.000 σ.α.λ.

Σε έναν μαγνητικό κωδικοποιητή, η περιστροφή υψηλής ταχύτητας ενός εξωτερικού άξονα, στον οποίο είναι στερεωμένος ένας μόνιμος κυλινδρικός μαγνήτης, ανιχνεύεται από έναν αισθητήρα Hall που συνδυάζεται σε έναν μόνο κρύσταλλο ημιαγωγών με έναν ελεγκτή επεξεργασίας σήματος.

Όταν οι πόλοι του μόνιμου μαγνήτη περιστρέφονται πάνω από το μικροκύκλωμα με Αισθητήρας Hall το διάνυσμα μεταβλητής μαγνητικής επαγωγής επάγει την τάση Hall, η οποία περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη στιγμιαία τιμή της γωνίας περιστροφής του άξονα. Ο μικροελεγκτής παρέχει γρήγορη μετατροπή της τάσης Hall στην παράμετρο γωνίας τοποθέτησης.

Η δυνατότητα τέτοιας μετατροπής χωρίς άμεση μηχανική σύνδεση του μαγνήτη και των στοιχείων αισθητήρα Hall είναι το κύριο πλεονέκτημα των μαγνητικών κωδικοποιητών, τους παρέχει υψηλή αξιοπιστία και ανθεκτικότητα και τους επιτρέπει να λειτουργούν αποτελεσματικά σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας που σχετίζονται με βιομηχανικούς αυτοματισμούς, εκτύπωση, κατεργασία μετάλλων , εξοπλισμός μέτρησης και μέτρησης.