Айналмалы кодер - Rotary encoder

A Сұр коды 13 тректі абсолютті айналмалы кодер. Жоғарғы жағында корпус, үзіліс дискісі және жарық көзі көрінеді; төменгі бөлігінде сезгіш элемент және тірек компоненттері.

A айналмалы кодер, а деп те аталады білік кодтаушысы, болып табылады электромеханикалық түрлендіретін құрылғы бұрыштық біліктің немесе біліктің орналасуы немесе қозғалысы аналогтық немесе сандық шығыс сигналдарына.[1]

Айналмалы кодердің екі негізгі түрі бар: абсолютті және өспелі. Абсолютті кодердің шығысы біліктің ағымдағы күйін көрсетеді, оны бұрыштық түрлендіргіш. Қосымша кодердің шығысы туралы ақпарат береді қозғалыс білік, әдетте ол басқа жерде өңделеді, мысалы, позиция, жылдамдық және қашықтық.

Айналмалы кодтаушылар өндірістік басқаруды қоса алғанда, механикалық жүйелерді бақылауды немесе бақылауды немесе екеуін де қажет ететін көптеген қосымшаларда қолданылады, робототехника, фотографиялық линзалар,[2] компьютерлік енгізу құрылғылары, мысалы оптомеханикалық тышқандар және трекболлар, бақыланатын стресс реометрлер және айналмалы радиолокация платформалар.

Технологиялар

Холл эффектісі квадратуралық кодер, сезгіш тісті тістер қозғалтқыш білік робот көлік құралы.
  • Механикалық: Өткізгіштік кодтаушылар деп те аталады. Ақпаратты өткізгіш аймақтарды сезінетін контактілі щеткалар арқылы кодтау үшін ПХД-ге түсірілген шеңберлік мыс жолдарының сериясы қолданылады. Механикалық кодерлер үнемді, бірақ механикалық тозуға сезімтал. Олар адамның интерфейстерінде кең таралған сандық мультиметрлер.[3]
  • Оптикалық: Бұл а-ға шағылысатын жарықты пайдаланады фотодиод металл немесе шыны дискідегі ойықтар арқылы. Рефлексиялық нұсқалар да бар. Бұл ең кең таралған технологиялардың бірі. Оптикалық кодерлер шаңға өте сезімтал.
  • Осьтік магниттік: Бұл технология әдетте қозғалтқыш білігіне бекітілген арнайы магниттелген 2 полюсті неодим магнитін қолданады. Оны біліктің соңына дейін бекітуге болатындықтан, ол қозғалтқыш корпусынан тек 1 білігі бар қозғалтқыштармен жұмыс істей алады. Дәлдік бірнеше градустан 1 градусқа дейін өзгеруі мүмкін. Резолюциялар 1 градусқа дейін немесе 0,09 градусқа дейін болуы мүмкін (4000 CPR, әр айналымға есептеу).[4] Нашар құрастырылған ішкі интерполяция шығыс дірілін тудыруы мүмкін, бірақ мұны ішкі орташаландыру арқылы жеңуге болады.
  • Осьтен тыс магниттік: Бұл технология әдетте металл хабқа бекітілген резеңке байланыстырылған феррит магниттерін қолданады. Бұл дизайндағы икемділікті және тапсырыс бойынша қосымшалардың төмен бағасын ұсынады. Көптеген осьтік кодер чиптеріндегі икемділіктің арқасында олар полюстердің ендерінің кез-келген санын қабылдауға бағдарламалануы мүмкін, сондықтан чипті қолдану үшін қажетті кез келген жағдайға қоюға болады. Магниттік кодтаушылар қатал ортада жұмыс істейді, онда оптикалық кодерлер жұмыс істемей қалады.

Негізгі түрлері

Абсолютті

Ан абсолютті кодер қуаттағышты кодтаушыдан шығарған кезде позиция туралы ақпаратты сақтайды.[5] Кодердің орны қуат беру кезінде дереу қол жетімді. Кодтаушы мәні мен басқарылатын машинаның физикалық жағдайы арасындағы байланыс құрастыру кезінде орнатылады; позиция дәлдігін сақтау үшін жүйеге калибрлеу нүктесіне оралудың қажеті жоқ.

Абсолютті кодерде а-ны қамтамасыз ететін әртүрлі бинарлық салмақтары бар бірнеше кодтық сақиналар бар деректер сөзі бір айналым ішіндегі кодтаушының абсолютті позициясын білдіреді. Бұл түрдегі кодтаушы көбінесе параллель абсолютті кодер деп аталады.[6]

Көп айналымды абсолютті айналмалы кодер қосымша код доңғалақтары мен берілістерді қосады. Ажыратымдылығы жоғары дөңгелек бөлшек айналуды өлшейді, ал төменгі ажыратымдылықты доңғалақты код дөңгелектері біліктің бүкіл айналым санын жазады.[7]

Қосымша

Қосымша кодтаушы

Ан қосымша кодер позицияның өзгеруі туралы дереу хабарлайды, бұл кейбір қосымшаларда маңызды мүмкіндік. Алайда, ол абсолютті жағдай туралы есеп бермейді немесе қадағаламайды. Нәтижесінде қадамдық кодермен бақыланатын механикалық жүйе болуы керек homed (абоненттің абсолютті өлшемдерін инициализациялау үшін (бекітілген сілтеме нүктесіне ауыстырылды)

Абсолютті кодер

Абсолютті айналмалы кодер

Құрылыс

Сандық абсолютті кодтаушылар біліктің әр нақты бұрышы үшін ерекше сандық кодты шығарады. Олар екі негізгі түрге бөлінеді: оптикалық және механикалық.

Механикалық абсолютті кодерлер

Саңылаулардың концентрлі сақиналар жиынтығын қамтитын металл диск оқшаулауға қатты бекітілген оқшаулағыш дискке бекітілген. Жылжымалы контактілер қатары қозғалмайтын объектіге бекітіледі, осылайша әр контакт білікке қарағанда әр түрлі қашықтықта металл дискімен сүртіледі. Диск білікпен бірге айналған кезде контактілердің бір бөлігі металлға тиеді, ал басқалары металл кесілген жерлерге түседі. Металл парағы көзге қосылған электр тоғы, және әрбір байланыс жеке электр сенсорына қосылады. Металл өрнек осьтің әр мүмкін орналасуы ерекше етіп жасайтын етіп жасалған екілік код онда кейбір контактілер ток көзіне қосылған (яғни қосулы), ал басқалары қосылмаған (яғни сөндірілген).

Қылқалам типті контактілер тозуға бейім болғандықтан, контактілерді қолданатын кодтаушылар кең таралған емес; оларды төмен жылдамдықты қосымшалардан табуға болады, мысалы, дыбыстық қолмен немесе радио қабылдағыштағы күйге келтіруді басқару.

Оптикалық абсолютті кодерлер

Оптикалық кодердің дискісі мөлдір және мөлдір емес жерлері бар шыныдан немесе пластиктен жасалған. Жарық көзі мен фотодетекторлар жиыны кез келген уақытта дискінің орналасуынан пайда болатын оптикалық үлгіні оқиды.[8]The Сұр коды Бұл кодты басқару құрылғысы оқи алады, мысалы микропроцессор немесе біліктің бұрышын анықтау үшін микроконтроллер.

Абсолютті аналогтық тип біліктің абсолютті бұрышына айналдыруға болатын ерекше қос аналогтық кодты шығарады.

Магниттік абсолютті кодерлер

Магниттік кодтаушы магниттік датчикке (әдетте магнето-резистивтік немесе Холл эффектіне) код берушінің орнын ұсыну үшін бірқатар магниттік полюстерді пайдаланады (2 немесе одан көп). Магниттік сенсор магниттік полюстің жағдайын оқиды.

Бұл кодты басқару құрылғысы оқи алады, мысалы микропроцессор немесе оптикалық кодерге ұқсас біліктің бұрышын анықтау үшін микроконтроллер.

Абсолютті аналогтық тип біліктің абсолюттік бұрышына аударыла алатын ерекше қос аналогтық кодты шығарады (арнайы алгоритмді қолдану арқылы)[дәйексөз қажет ]).

Магниттік эффектілерді тіркеу сипатына байланысты, бұл кодерлер шаңның немесе қоқыстың жиналуына байланысты басқа түрдегі кодтаушылардың істен шығуы мүмкін жағдайларда қолдануға оңтайлы болуы мүмкін. Магниттік кодерлер дірілге, шамалы тураланбаушылыққа немесе соққыларға салыстырмалы түрде сезімтал емес.

Қылқаламсыз қозғалтқыш коммутациясы

Тұрақты магниттегі қозғалтқыш білігінің бұрышын көрсету үшін кіріктірілген айналмалы кодерлер қолданылады щеткасыз қозғалтқыштар, әдетте олар қолданылады CNC машиналар, роботтар, және басқа да өндірістік жабдықтар. Мұндай жағдайларда кодтаушы жабдықтың дұрыс жұмысында маңызды рөл атқаратын кері байланыс құрылғысы ретінде қызмет етеді. Қылқаламсыз қозғалтқыштар электронды коммутацияны қажет етеді, ол көбінесе роторлы магниттерді төмен ажыратымдылықты абсолютті кодер ретінде пайдаланады (әдетте бір айналымға алты немесе он екі импульс). Алынған білік бұрышы туралы ақпарат кез-келген сәтте статордың дұрыс орамасын қуаттандыруға мүмкіндік беру үшін сервоприводқа беріледі.

Сыйымды абсолютті кодерлер

Асимметриялық пішінді диск кодер ішінде айналады. Бұл диск өзгертеді сыйымдылық бұрыштық мәнге дейін өлшеуге және есептеуге болатын екі электрод арасында.[9]

Абсолютті көп айналымды кодтаушы

Көп айналымды кодтаушы бірнеше айналымдарды анықтай және сақтай алады. Абсолютті көп айналымды кодтаушы термині, әдетте, егер кодтаушы сыртқы қуатпен қамтамасыз етілмеген болса да, оның білігінің қозғалысын анықтайтын болса қолданылады.

Батареямен жұмыс жасайтын көп айналымды кодер

Бұл түрдегі кодтаушы қуат циклдары бойынша санауды сақтауға арналған батареяны пайдаланады. Бұл қозғалыстарды анықтау үшін энергияны үнемдейтін электрлік дизайнды қолданады.

Берілісті көп айналымды кодер

Бұл кодерлерде айналу санын механикалық сақтау үшін тісті доңғалақ пойызы қолданылады. Жалғыз берілістердің орналасуы жоғарыда аталған технологиялардың бірімен анықталады.[10]

Өздігінен жүретін көп айналымды кодтаушы

Бұл кодерлерде принципі қолданылады энергия жинау қозғалатын біліктен энергия алу. 2007 жылы енгізілген бұл қағида,[11] қолданады Wiegand сенсоры кодтаушыға қуат беру үшін электр қуатын өндіру және тұрақты жадқа бұрылыстарды есептеу.[12]

Біліктің орналасуын кодтау тәсілдері

Стандартты екілік кодтау

3-разрядты екілік белгімен белгіленген бұрышты өлшейтін құрылғыларға арналған айналмалы кодер. Ішкі сақина кестедегі 1-байланысқа сәйкес келеді. Қара секторлар «қосулы». Нөлдік градус оң жақта, бұрышы сағат тіліне қарсы өседі.

Тек үш контактілі өте жеңілдетілген кодерде екілік кодтың мысалы төменде көрсетілген.

Стандартты екілік кодтау
СекторБайланыс 1Байланыс 2Байланыс 3Бұрыш
0өшіруліөшіруліөшірулі0 ° - 45 °
1өшіруліөшіруліҚОСУЛЫ45 ° - 90 °
2өшіруліҚОСУЛЫөшірулі90 ° - 135 °
3өшіруліҚОСУЛЫҚОСУЛЫ135 ° - 180 °
4ҚОСУЛЫөшіруліөшірулі180 ° - 225 °
5ҚОСУЛЫөшіруліҚОСУЛЫ225 ° - 270 °
6ҚОСУЛЫҚОСУЛЫөшірулі270 ° - 315 °
7ҚОСУЛЫҚОСУЛЫҚОСУЛЫ315 ° - 360 °

Жалпы, бар жерде n түйіспелер, біліктің нақты орналасу саны - 2n. Бұл мысалда, n 3, сондықтан 2³ немесе 8 позициялар бар.

Жоғарыда келтірілген мысалда контактілер дискінің айналуымен стандартты екілік санауды шығарады. Алайда, мұның жетіспеушілігі бар, егер диск екі іргелес сектор арасында тоқтаса немесе контактілер мүлдем тураланбаған болса, біліктің бұрышын анықтау мүмкін болмайды. Бұл мәселені көрсету үшін біліктің бұрышы 179,9 ° -дан 180,1 ° -ке дейін өзгергенде не болатынын қарастырыңыз (3-сектордан 4-секторға дейін). Бір сәтте, жоғарыда келтірілген кестеге сәйкес, байланыс схемасы қосулы-өшірілгенге ауысады. Алайда, бұл шын мәнінде болмайды. Практикалық құрылғыда контактілер ешқашан керемет тураланбайды, сондықтан әрқайсысы әр түрлі сәтте ауысады. Егер бірінші контакт 1 ауысса, содан кейін 3 байланыс, содан кейін 2 байланыс болса, мысалы, кодтардың нақты реттілігі:

қосылмаған (бастапқы позиция)
қосулы (бірінші, байланыс 1 қосылады)
қосу-өшіру (келесі, 3 сөндіргішпен байланыс)
қосу-өшіру (ақыры, 2 сөндіргішпен байланыс)

Енді осы кодтарға сәйкес келетін секторларды кестеден қараңыз. Тәртіп бойынша олар 3, 7, 6 және содан кейін 4. Сонымен, өндірілген кодтар тізбегінен білік 3-сектордан 7-секторға секіріп, содан кейін артқа қарай 6-секторға, содан кейін қайтадан 4-секторға өткен сияқты, біз оны қайдан табамыз деп күттік. Көптеген жағдайларда мұндай мінез-құлық жағымсыз болып табылады және жүйенің істен шығуына әкелуі мүмкін. Мысалы, егер кодер роботтың қолында қолданылған болса, контроллер қолды дұрыс емес күйде деп ойлап, қатені 180 ° айналдырып түзетуге тырысып, қолына зақым келтіруі мүмкін.

Сұр кодтау

3-разрядты екілік шағылысқан сұр кодта (BRGC) белгіленген бұрыш өлшегіш құрылғыларға арналған айналмалы кодер. Ішкі сақина кестедегі 1-байланысқа сәйкес келеді. Қара секторлар «қосулы». Нөлдік градус оң жақта, бұрышы сағат тіліне қарсы өседі.

Жоғарыда аталған проблеманы болдырмау үшін, Сұр кодтау қолданылады. Бұл кез келген екі іргелес код тек бір биттік позициямен ерекшеленетін екілік санау жүйесі. Жоғарыда келтірілген үш контактілі мысал үшін сұр кодталған нұсқа келесідей болады.

Сұр кодтау
СекторБайланыс 1Байланыс 2Байланыс 3Бұрыш
0өшіруліөшіруліөшірулі0 ° - 45 °
1өшіруліөшіруліҚОСУЛЫ45 ° - 90 °
2өшіруліҚОСУЛЫҚОСУЛЫ90 ° - 135 °
3өшіруліҚОСУЛЫөшірулі135 ° - 180 °
4ҚОСУЛЫҚОСУЛЫөшірулі180 ° - 225 °
5ҚОСУЛЫҚОСУЛЫҚОСУЛЫ225 ° - 270 °
6ҚОСУЛЫөшіруліҚОСУЛЫ270 ° - 315 °
7ҚОСУЛЫөшіруліөшірулі315 ° - 360 °

Бұл мысалда, 3-сектордан 4-секторға өту, барлық басқа өткелдер сияқты, контактілердің біреуін ғана күйін ауыстырып қосады немесе керісінше. Бұл дегеніміз, алдыңғы суретте көрсетілген қате кодтардың реті болуы мүмкін емес.

Бір реттік сұр кодтау

Егер дизайнер контактіні басқа бұрыштық жағдайға ауыстырса (бірақ ортаңғы біліктен бірдей қашықтықта), онда бірдей нәтиже беру үшін сәйкес «сақина өрнегін» бірдей бұру керек. Егер ең маңызды бит (1-суреттегі ішкі сақина) жеткілікті айналдырылса, ол келесі сақинамен дәл сәйкес келеді. Содан кейін екі сақина бірдей болғандықтан, ішкі сақинаны алып тастауға болады және сол сақина үшін сенсор қалған сақинаға жылжиды (бірақ сол сақинадағы басқа датчиктен сол бұрышта жылжытылады). Бір сақинадағы екі датчик бір сақиналы квадратуралық кодер жасайды.

Бір жолдың (сақинаның) айналасында бірнеше датчиктерді дәйекті позициялар тек бір сенсорда ерекшеленетін етіп орналастыруға болады; нәтиже бір жолды сұр код кодтаушы.

Мәліметтерді шығару әдістері

Құрылғы мен өндірушіге байланысты абсолютті кодер параллель екілік қосқанда, деректерді беру үшін сигналдың кез-келген түрін және байланыс протоколдарын қолдана алады, аналогтық сигналдар (ток немесе кернеу) және сериялық шина жүйелері сияқты SSI, BiSS, Хайденхайн EnDat, Ауру-Штегманн Hiperface, DeviceNet, Модбус, Профибус, CANopen және EtherCAT, әдетте олар жұмыс істейді Ethernet немесе RS-422 / RS-485 физикалық қабаттары.

Қосымша кодтаушы

Қосымша кодтаушы
Төрт квадраттағы екі шаршы толқын. Айналу бағыты А-В фазалық бұрышының белгісімен көрсетілген, бұл жағдайда теріс В болады, өйткені А теріс айналады.
А және В сигналдарының сәйкес логикалық күйлерімен айналмалы өсетін датчик механизмінің тұжырымдамалық сызбасы

Айналмалы қосымша кодер нақты уақыт режимінде орналасу ақпаратын ұсыну қабілетіне байланысты барлық айналмалы кодерлер арасында кеңінен қолданылады. Өсімді кодердің өлшем ажыратымдылығы оның ішкі, өспелі қозғалыс екі сенсорымен ешқандай шектелмейді; нарықта бір айналымға 10000 дейін және одан да көп санаумен өсетін кодтаушыларды табуға болады.

Айналмалы ұлғаймалы кодерлер позицияның өзгеруін сұралмай-ақ хабарлайды және олар бұл ақпаратты абсолюттік білік түріндегі кодтаушылардың көптігінен гөрі жылдамдықтары бар мәліметтер жылдамдығымен жеткізеді. Осыған байланысты көбейтілетін кодерлер көбінесе позиция мен жылдамдықты дәл өлшеуді қажет ететін қосымшаларда қолданылады.

Айналмалы өсетін кодтаушы айналу позициясының өзгеруін анықтау үшін механикалық, оптикалық немесе магниттік датчиктерді қолдануы мүмкін. Механикалық тип әдетте электронды жабдықта қолмен басқарылатын «сандық потенциометрді» басқару ретінде қолданылады. Мысалы, қазіргі заманғы үйдегі және автомобильдік стереолар әдетте дыбыс реттегіштері ретінде механикалық айналмалы кодерлерді пайдаланады. Механикалық датчиктері бар кодерлерге ажыратқыш қажет хабарлау демек, олардың айналу жылдамдығымен шектеледі. Оптикалық тип үлкен жылдамдыққа тап болғанда немесе дәлдіктің жоғарырақ дәрежесі қажет болғанда қолданылады.

Айналмалы өсетін кодтаушыда A және B екі шығыс сигналы бар, олар кодер білігі айналған кезде квадратурада периодты цифрлық толқын формасын шығарады. Бұл синусоидалы толқын формаларын квадратурада шығаратын синус кодерлеріне ұқсас (яғни синус пен косинус),[13] және кодтаушы мен а шешуші. Толқын формасының жиілігі біліктің айналу жылдамдығын, ал импульстер саны қозғалған қашықтықты көрсетеді, ал А-В фазалық қатынасы айналу бағытын көрсетеді.

Кейбір айналмалы өспелі кодерлерде біліктің белгілі бір бұрышынан өткенде импульс шығаратын қосымша «индекс» шығысы бар (әдетте Z деп белгіленеді). Әрбір айналғаннан кейін Z сигналы келесі АВ күйі өзгергенге дейін әрдайым бір бұрышта бекітіледі. Бұл әдетте радиаторлық жүйелерде және кодтаушы білігі белгілі бір сілтеме бұрышында орналасқан кезде тіркеу сигналын қажет ететін басқа қосымшаларда қолданылады.

Абсолюттік кодтаушылардан айырмашылығы, өспелі кодер бақыламайды, сонымен қатар оның нәтижелері ол бекітілген механикалық жүйенің абсолютті орнын көрсетпейді. Демек, кез-келген нақты сәтте абсолюттік позицияны анықтау үшін абсолюттік позицияны an көмегімен «қадағалау» қажет қосымша кодер интерфейсі.

Арзан өсетін кодтаушылар қолданылады механикалық компьютерлік тышқандар. Әдетте екі кодер қолданылады: біреуі солдан оңға қарай, екіншісі алға және артқа қозғалысты сезіну үшін.

Басқа импульстік шығыс айналмалы кодерлер

Бір шығысы бар айналмалы кодерлер (яғни.) тахометрлер ) қозғалыс бағытын сезіну үшін қолданыла алмайды, бірақ жылдамдықты өлшеуге және қозғалу бағыты тұрақты болған кезде позицияны өлшеуге жарамды. Белгілі бір қосымшаларда оларды қозғалыс қашықтығын өлшеу үшін пайдалануға болады (мысалы, аяқтың қозғалысы).

Сондай-ақ қараңыз

Ұқсас функцияны орындайтын аналогтық құрылғыларға мыналар жатады синхрондау, шешуші, айналмалы айнымалы дифференциалды трансформатор (RVDT) және айналмалы потенциометр.

A сызықтық кодер айналмалы кодерге ұқсас, бірақ айналуды емес, түзу сызықтағы жағдайды өлшейді. Сызықтық кодтаушылар көбінесе көбейту кодын пайдаланады және көптеген станоктарда қолданылады.

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ Мюррей, Майк (15 желтоқсан 2019). «Ротациялық кодерлер қалай жұмыс істейді». Geek Pub. Алынған 3 қыркүйек 2019.
  2. ^ «Жаңа - айналмалы кодер». Архивтелген түпнұсқа 2013-10-05. Масштабтау мен диафрагманы басқару үшін қолданылатын Canon бейнекамерасының линзасы
  3. ^ «Кодерлерге арналған дизайнердің нұсқаулығы». digikey.com. 19 сәуір 2012 ж. Алынған 23 қараша 2019.
  4. ^ «MassMind магнитті жоғары жылдамдықты байланыссыз квадратуралық кодтаушы V2». MassMind.org. 10 қаңтар 2018 ж. Алынған 12 шілде 2019.
  5. ^ Эйтель, Элизабет. Айналмалы кодер негіздері: Шолу және жаңа технологиялар | Machine Design журналы, 7 мамыр 2014 ж. Қолжетімді: 30 маусым 2014 ж
  6. ^ TI-5000EX сериялы / қосымша кодерді сынау жүйесін пайдалану жөніндегі нұсқаулық[тұрақты өлі сілтеме ], Mitchell Electronics, Inc.
  7. ^ Г.К.Макмиллан, Д.М. Консидин (ред.) Технологиялық құралдар және басқару құралдары бесінші басылым, McGraw Hill 1999, ISBN  978-0-07-012582-7, 5.26 бет
  8. ^ «кодерлер» (PDF). б. 12. Алынған 20 ақпан 2013.
  9. ^ «Сыйымды абсолютті кодтаушы» (PDF). Камилл Бауэр. Алынған 20 ақпан 2013.
  10. ^ Роберт, Репас. «Көп айналымды абсолютті кодерлер». machinedesign.com. Алынған 20 ақпан 2013.[тұрақты өлі сілтеме ]
  11. ^ «Жаңа технология ешқашан ұмытпайтын кодер береді». журнал. www.motioncontrol.co.za. 2007 ж. Алынған 20 ақпан 2013.
  12. ^ «Ақ қағаз магниттік кодтаушы» (PDF). FRABA Inc. б. 3. Алынған 13 ақпан 2013.
  13. ^ Коллинз, Даниэль. «Синус кодер дегеніміз не (синус-косинус кодері)?». Дизайн әлемі. Алынған 19 тамыз 2020.

Әрі қарай оқу

Сыртқы сілтемелер