Kodare — Roterande vinkelsensorer

Positionering i olika typer av industriell utrustning tillhandahålls med hjälp av enkla enheter - kodare (eller med andra ord, vinkelsensorer).

Kodare används för att omvandla linjär eller roterande rörelse till en binär digital signal. En kodare är en anordning vars axel är ansluten till den roterande axeln på föremålet som studeras och ger elektronisk styrning av rotationsvinkeln för det senare. Enligt funktionsprincipen är kodare indelade i optiska och magnetiska.

På den optiska kodarens axel finns en skiva med intermittenta fönster runt omkretsen, mot vilken det finns en lysdiod och en fototransistor, som säkerställer bildandet av en utsignal i formen rektangulära pulståg med en frekvens som är proportionell mot både antalet fönster och rotationshastigheten för skivan/axeln. Antalet pulser anger rotationsvinkeln.

Optiska pulsgivare finns som inkrementella och absoluta givare.

Inkrementella kodare har en intermittent skiva med många fönster av samma storlek som basradien och två avläsningar optokopplare, vilket gör att du kan fixa både rotationsvinkeln och rotationsriktningen för axeln.På skivans extra radie finns ett enda brytfönster och en motsvarande optokopplare som definierar startpositionen (hemma).

Negativt vridmoment - Inkrementella omkodare ger en relativ avläsning av rotationsvinkeln, information om vilken inte sparas när rotationen stoppas. Deras fördelar inkluderar enkel design (och följaktligen låg kostnad) vid hög upplösning och hög driftfrekvens.

Inkrementella omkodare med ökad hållbarhet är fokuserade på industriella applikationer - inom maskinteknik, valsverk, varvsindustrin, textilier, skor, träbearbetning. För sådana kodare är de avgörande parametrarna upplösningen i rotationsvinkeln, förmågan att arbeta vid höga frekvenser, en hög grad av skydd för att motstå förhållandena i den hårda miljön.

En skiva med linjer eller skåror som avbryter ljusstrålen till den optiska sensorn. En elektronisk krets känner av strålen bryts och genererar digitala utpulser från kodaren.

Kodningsskiva — en anordning för att omvandla axelns vinkelförskjutningar till digital form. En geometrisk bild av en digital kod appliceras på kodningsskivan. Kodbitsymbolerna appliceras på ett koncentriskt spår, och de minst signifikanta (mindre signifikanta) bitarna är belägna närmare periferin.

Beroende på metoden för att läsa koden (kontakt, fotoelektrisk, elektromagnetisk, induktion, elektrostatisk, etc.), består den geometriska bilden av koden av elektriskt ledande och elektriskt isolerade, transparenta och ogenomskinliga, magnetiska och icke-magnetiska, etc.

De mest utbredda var kodningsskivor med varianter av binär kod, som utesluter förekomsten av fel när man korsar gränserna för separata diskreta sektioner, när vissa bitar kan läsas på ena sidan av gränsen, och några på den andra (på grund av felaktig installation av flyttbara enheter eller på grund av en icke-samtidig läskod medan skivan snurrar Dessa koder inkluderar den så kallade Fau-koden (Barker-kod) och Reflex-koden (Gråkod).

Vissa optiska roterande kodare använder en reflekterande kodarskiva. Denna skiva har alternerande sektioner som absorberar eller reflekterar ljus, och ljuskällan tillsammans med mottagaren är placerade på ena sidan av skivan. Om det bara finns en ljuskälla och mottagare, låter sekvensen av pulser från sensorn dig ta reda på hur många steg skivan har roterat i förhållande till sin tidigare position.

En sensor kan inte säga rotationsriktningen, men om du lägger till ett andra källa-till-mottagare-par, 90 ur fas från det första, kommer mikrokontrollern att kunna bestämma rotationsriktningen för skivan genom fasskillnaden mellan pulstågen.

Man bör komma ihåg att alla system som detekterar skivans relativa rotation men inte kan mäta dess absoluta vinkelposition är en inkrementell kodare.

En absolutkodare har en diskontinuerlig skiva med koncentriska fönster med olika radier vars relativa storlekar bestäms av den binära koden och som läses samtidigt, vilket ger en kodad utsignal för varje vinkelposition (Grå kod, binär kod...).

I detta fall är det möjligt att erhålla data om axelns momentana position utan en digital räknare eller återgå till utgångsläget, eftersom utgången har ett kodat ord — «n bit», skyddat från elektriskt brus.

Absolutkodare används i applikationer som kräver lagring av indata under lång tid, men de är mer komplexa i design och dyrare.

Absolutgivare med fältbussgränssnitt har ett utgångsgränssnitt för fältbusskommunikation i enlighet med standarderna CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus och använder en binär kod för att bestämma rotationsvinkeln. Ovanstående kommunikationsgränssnitt är programmerbara enligt ett antal parametrar: t.ex. rotationsriktning, pulsupplösning per varv, baudhastighet.

Kodare monterade på motoraxeln ger effektivt exakt positioneringskontroll. Sådana kodare tillverkas vanligtvis i "hål"-versionen och speciella kopplingar är viktiga delar av deras design, vilket gör det möjligt att kompensera motoraxelns spel.

Positionering under ovanstående förhållanden ger mest effektivt en magnetisk kodare, där omvandlingen av axelns vinkelförskjutning till en elektronisk signal utförs utan kontakt baserat på Hall-effekten, inte är relaterad till rotationen av den optiska choppern inuti sensorn och tillåter signalbehandling med hastigheter upp till 60 000 rpm.

I en magnetisk kodare avkänns höghastighetsrotationen av en extern axel, på vilken en permanent cylindrisk magnet är fixerad, av en Hall-sensor kombinerad på en enda halvledarkristall med en signalbehandlingskontroller.

När permanentmagnetens poler roterar över mikrokretsen med hallsensor den variabla magnetiska induktionsvektorn inducerar Hall-spänningen, som innehåller information om det momentana värdet på axelns rotationsvinkel. Mikrokontrollern ger snabb omvandling av Hall-spänningen till positioneringsvinkelparametern.

Möjligheten till sådan omvandling utan direkt mekanisk anslutning av magnet- och Hall-sensorelementen är den största fördelen med magnetiska kodare, ger dem hög tillförlitlighet och hållbarhet och tillåter dem att arbeta effektivt i höghastighetsapplikationer relaterade till industriell automation, utskrift, metallbearbetning , mät- och mätutrustning.