Επισκόπηση κωδικοποιητή και εφαρμογής <br> Ο κωδικοποιητής είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της μηχανικής κίνησης ή της θέσης στόχου. Οι περισσότεροι κωδικοποιητές χρησιμοποιούν οπτικούς αισθητήρες για να παρέχουν ηλεκτρικά σήματα με τη μορφή παλμικών αμαξοστοιχιών, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να μετατραπούν σε κίνηση, κατεύθυνση ή πληροφορίες θέσης.
Οι περιστροφικοί κωδικοποιητές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της περιστροφικής κίνησης του άξονα. Το σχήμα 1 δείχνει τα βασικά συστατικά ενός περιστροφικού κωδικοποιητή, συμπεριλαμβανομένης μιας διόδου εκπομπής φωτός (LED), ενός τροχού κώδικα και ενός αισθητήρα φωτός στο πίσω μέρος του τροχού κώδικα. Αυτός ο τροχός κώδικα τοποθετείται σε έναν περιστρεφόμενο άξονα με αδιαφανείς και μεταδόσεις φωτός σε σχήμα ανεμιστήρα διατεταγμένες σε κωδικοποιημένη μορφή. Όταν ο τροχός του κώδικα περιστρέφεται, οι αδιαφανείς τομείς μπλοκάρουν το φως και οι τομείς μετάδοσης φωτός επιτρέπουν τη διέλευση του φωτός. Αυτό παράγει παλμούς τετραγωνικών κυμάτων που μπορούν να συγκεντρωθούν σε αντίστοιχες πληροφορίες θέσης ή κίνησης. Ο κωδικοποιητής διαιρείται συνήθως σε 100 έως 6000 τομείς ανά επανάσταση. Αυτό δείχνει ότι ένας κωδικοποιητής 100 τομέων μπορεί να παρέχει ακρίβεια 3,6 βαθμών, ενώ ένας κωδικοποιητής 6000 τομέα μπορεί να παρέχει ακρίβεια 0,06 βαθμών.
Οι γραμμικοί κωδικοποιητές λειτουργούν σαν περιστροφικοί κωδικοποιητές. Χρησιμοποιεί μια σταθερή, αδιαφανή λωρίδα για να αντικαταστήσει τον περιστροφικό κωδικοποιητή, με μερικά διαμετακομιστικά κενά στην αδιαφανή επιφάνεια της λωρίδας και το συγκρότημα ανιχνευτή LED είναι προσαρτημένο στο κινούμενο σώμα.
Εικόνα 1. Συστατικά ενός οπτικού κωδικοποιητή
Μόνο ένας κωδικοποιητής εξόδου παλμού δεν μπορεί να προσδιορίσει τη γωνία περιστροφής, οπότε δεν είναι χρήσιμο. Εάν χρησιμοποιούνται δύο κανάλια κώδικα και η διαφορά φάσης μεταξύ των τομέων τους είναι 90 μοίρες (όπως φαίνεται στο σχήμα 2), τα δύο κανάλια εξόδου του κωδικοποιητή τετραγωνισμού μπορούν να καθορίσουν τις δύο πληροφορίες της κατεύθυνσης θέσης και περιστροφής. Για παράδειγμα, εάν το κανάλι Α οδηγεί τη φάση, ο κωδικοποιητής περιστρέφεται δεξιόστροφα. Εάν το κανάλι Β οδηγεί τη φάση, τότε ο τροχός κώδικα περιστρέφεται αριστερόστροφα. Επομένως, παρακολουθώντας τον αριθμό των παλμών και τις σχετικές πληροφορίες φάσης μεταξύ των σημάτων Α, Β, είναι δυνατόν να ληφθούν ταυτόχρονα οι πληροφορίες θέσης και κατεύθυνσης της περιστροφής.
Εικόνα 2. Σήματα εξόδου των κωδικοποιητών τετραγωνικών ουσιών Α και Β
Επιπλέον, ορισμένοι κωδικοποιητές τετραγωνισμού περιλαμβάνουν επίσης ένα τρίτο κανάλι εξόδου που ονομάζεται μηδενικό σήμα ή σήμα αναφοράς. Ένας μόνο παλμός εξέρχεται για κάθε περιστροφή αυτού του καναλιού. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το μοναδικό παλμό για να υπολογίσετε με ακρίβεια μια θέση αναφοράς. Στους περισσότερους κωδικοποιητές, αυτό το σήμα ονομάζεται άξονας z ή δείκτης.
Μέχρι στιγμής, αυτό το άρθρο εισήγαγε έναν κωδικοποιητή τετραγωνικού τετραγωνιστή. Επειδή και τα δύο σήματα Α και Β αναφέρονται στο έδαφος, ονομάζονται ενιαίο και κάθε σήμα έχει μόνο μία (ή μόνο μία) γραμμή. Ένας άλλος χρησιμοποιούμενος κωδικοποιητής είναι ένας διαφορικός κωδικοποιητής και τα σήματα Α και Β έχουν δύο καλώδια. Οι δύο γραμμές του σήματος Α είναι Α 'και Α, και οι δύο γραμμές του σήματος Β είναι Β' και Β, αντίστοιχα. Επειδή αυτές οι τέσσερις γραμμές εξάγουν πάντα ένα γνωστό επίπεδο (0V ή VCC), αυτή η δομή ονομάζεται επίσης δομή ώθησης. Όταν το Α είναι VCC, το Α είναι 0V. Αντίθετα, όταν το Α είναι 0V, το Α είναι το VCC. Στην περίπτωση ενός κωδικοποιητή με ένα άκρο, το Α είναι είτε VCC είτε επιπλέει. Η χρήση διαφορικής ανίχνευσης μπορεί να εξασφαλίσει την ακρίβεια του σήματος, έτσι ώστε οι διαφορικοί κωδικοποιητές να μπορούν συνήθως να χρησιμοποιηθούν σε περιβάλλοντα με μεγάλο ηλεκτρικό θόρυβο.
Με έναν διαδοχικό κωδικοποιητή, μπορούν να υπολογιστούν μόνο οι πληροφορίες αλλαγής θέσης (από τις οποίες η ταχύτητα κίνησης και η επιτάχυνση μπορούν να υπολογιστούν), αλλά η απόλυτη θέση του στόχου δεν μπορεί να προσδιοριστεί. Εδώ, θα εισαγάγουμε έναν τρίτο τύπο κωδικοποιητή: Absolute Encoder, ο οποίος μπορεί να αποκτήσει την απόλυτη θέση του στόχου. Αυτός ο κωδικοποιητής, όπως ο αυξητικός κωδικοποιητής, έχει εναλλασσόμενους αδιαφανούς τομείς και διαφανείς τομείς. Ωστόσο, ένας απόλυτος κωδικοποιητής χρησιμοποιεί μια ζώνη πολλαπλών συστατικών στον τροχό κώδικα του κωδικοποιητή για να σχηματίσει ένα ομόκεντρο κανάλι κώδικα, ακριβώς όπως ένα δακτύλιο στόχου. Η ομόκεντρη διαδρομή κώδικα ξεκινά από το κέντρο του κώδικα κωδικοποιητή και επεκτείνεται προς τα έξω μέχρι το εξωτερικό της πλακέτας κώδικα. Κάθε κανάλι κώδικα έχει διπλάσιο από το διαμέρισμα από το εσωτερικό του στρώμα. Το πρώτο στρώμα, το εσωτερικό κανάλι κώδικα, έχει μόνο έναν τομέα μετάδοσης φωτός και έναν αδιαφανή τομέα. Το δεύτερο στρώμα στο κέντρο διαθέτει δύο τομείς μετάδοσης φωτός και δύο αδιαφανείς τομείς. Και υπάρχουν τέσσερις τομείς μετάδοσης φωτός και αδιαφανείς τομείς για το τρίτο κανάλι κώδικα. Εάν ο κωδικοποιητής έχει 10 κανάλια κώδικα στρώσεων, τότε το εξώτατο κανάλι κώδικα έχει 512 τομείς. Εάν υπάρχουν 16 κανάλια κώδικα στρώσεων, τότε το εξώτατο κανάλι κώδικα έχει 32.767 τομείς.
Επειδή ο απόλυτος κωδικοποιητής έχει περισσότερους από έναν αριθμούς τομέων ανά κανάλι κώδικα από αυτό που βρίσκεται μέσα σε αυτό, ο αριθμός των τομέων σχηματίζει ένα δυαδικό σύστημα καταμέτρησης. Σε αυτόν τον τύπο κωδικοποιητή, κάθε κανάλι κώδικα στον τροχό κώδικα αντιστοιχεί σε μια πηγή φωτός και έναν δέκτη. Αυτό σημαίνει ότι ένας κωδικοποιητής 10 στρώσεων απαιτεί 10 ομάδες φωτεινών πηγών και δέκων, ενώ ένας κωδικοποιητής 16 στρώσεων απαιτεί 16 ομάδες φωτεινών πηγών και δέκων.
Το πλεονέκτημα ενός απόλυτου κωδικοποιητή είναι ότι μπορείτε να μειώσετε την ταχύτητα του κωδικοποιητή και να κάνετε τον κωδικοποιητή του κωδικοποιητή να κάνει μόνο μία επανάσταση κατά τη διάρκεια ολόκληρου του κύκλου κίνησης του μηχανήματος. Εάν το μηχάνημα ταξιδεύει 10 ίντσες και ο κωδικοποιητής έχει 16 bits ακρίβειας, τότε η ακρίβεια της θέσης του μηχανήματος είναι 10/65.536 ή 0,00015 ίντσες. Εάν το μηχάνημα ταξιδεύει περισσότερο, όπως 6 πόδια, τότε ένας χονδροειδής περιστροφικός κωδικοποιητής μπορεί να εξασφαλίσει ότι κάθε πόδι παρακολουθείται. Ένα δεύτερο στάδιο, που ονομάζεται λεπτός περιστροφικός κωδικοποιητής, μπορεί να παρακολουθεί τις αποστάσεις μέσα σε 1 πόδι. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να ρυθμίσετε τον χονδροειδές κωδικοποιητή έτσι ώστε να περιστρέφεται σε ολόκληρη την απόσταση των 6 ποδιών. Μπορείτε επίσης να ρυθμίσετε τον λεπτό κωδικοποιητή έτσι ώστε να μπορεί να επιλύσει μια σειρά 1 ποδιών (ή 12 ίντσες).
Πώς να μετρήσετε τη χρήση ενός κωδικοποιητή <br> Για να χρησιμοποιήσετε έναν κωδικοποιητή για μέτρηση, πρέπει να υπάρχει μια βασική ηλεκτρονική συσκευή, ο μετρητής. Ο βασικός μετρητής δημιουργεί μια τιμή μέσω των διαφόρων καναλιών εισόδου για να υποδείξει τον αριθμό των ανιχνευόμενων άκρων (δηλαδή οι αλλαγές από χαμηλό σε υψηλό ή υψηλό έως χαμηλό στην κυματομορφή). Οι περισσότεροι μετρητές έχουν τρεις αλληλένδετες εισροές-κατώφλι, πηγή και επάνω/κάτω επιλογή. Ο μετρητής καταγράφει τον αριθμό των συμβάντων στην είσοδο πηγής και μετράει προς τα πάνω ή προς τα κάτω ανάλογα με την κατάσταση της γραμμής επιλογής UP/Down. Για παράδειγμα: Εάν το bit status up/down είναι "υψηλό" τότε ο μετρητής μετράει. Εάν το bit κατάστασης επάνω/κάτω είναι "χαμηλό" τότε ο μετρητής μετράει. Το σχήμα 3 δείχνει ένα απλοποιημένο διάγραμμα μπλοκ αντίθεσης.
Εικόνα 3. Απλοποιημένο μοντέλο του μετρητή
Οι κωδικοποιητές έχουν συνήθως 5 καλώδια που πρέπει να συνδεθούν. Διαφορετικοί κωδικοποιητές, το χρώμα αυτών των γραμμών δεν είναι το ίδιο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτά τα καλώδια για να τροφοδοτήσετε τον κωδικοποιητή και να διαβάσετε σήματα Α, Β και Ζ. Το σχήμα 4 δείχνει έναν τυπικό ορισμό διεπαφής για έναν αυξητικό κωδικοποιητή.
Εικόνα 4. Διεπαφή πρόσθεσης κωδικοποιητή
Το επόμενο βήμα είναι να αποφασίσουμε πού πρέπει να συνδεθούν αυτές οι γραμμές. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το σήμα Α συνδέεται με τον ακροδέκτη πηγής και οι παλμοί στο σήμα του υπολογίζονται. Το σήμα Β συνδέεται με τη θύρα επιλογής UP/Down. Συνδέστε οποιαδήποτε τροφοδοσία τροφοδοσίας +5V DC στις συνδέσεις ισχύος και γείωσης σε περισσότερες περιπτώσεις, αρκεί μόνο μία ψηφιακή γραμμή για μια συσκευή απόκτησης δεδομένων.
Δεδομένου ότι τα άκρα σήματος υπολογίζονται, το επόμενο πράγμα που πρέπει να εξετάσετε είναι πώς αυτές οι τιμές πρέπει να μετατραπούν σε πληροφορίες θέσης. Η διαδικασία μετατροπής της τιμής ακμής σε πληροφορίες θέσης εξαρτάται από τον τύπο της χρησιμοποιούμενης κωδικοποίησης. Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι κωδικοποίησης: x1, x2 και x4.
X1 κωδικοποίηση
Το Σχήμα 5 δείχνει τον αριθμό των μετρήσεων συν-μενού για μια περίοδο τετραγωνισμού και τον αντίστοιχο τύπο κωδικοποίησης X1. Όταν το κανάλι Α οδηγεί το κανάλι Β, η αύξηση εμφανίζεται στην άνοδο της άκρης του καναλιού Α. Όταν το κανάλι Β οδηγεί το κανάλι Α, η μείωση εμφανίζεται στην πτώση της άκρης του καναλιού Α.
Εικόνα 5. κωδικοποίηση x1
X2 κωδικοποίηση
Η κωδικοποίηση X2 είναι παρόμοια με την παραπάνω διαδικασία, εκτός από το ότι κάθε αριθμός ακμής του μετρητή ένα κανάλι αυξάνεται ή μειώνεται, ανάλογα με το ποιο κανάλι διοχετεύεται. Η τιμή του μετρητή θα αυξηθεί κατά 2 ή θα μειωθεί κατά 2 κάθε κύκλο, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.
Εικόνα 6. κωδικοποίηση x2
X4 κωδικοποίηση
Στη λειτουργία κωδικοποίησης X4, ο μετρητής αυξάνεται ή μειώνεται σε κάθε άκρη των καναλιών Α και Β. Το αν ο αριθμός των μετρητών αυξάνεται ή μειώνεται εξαρτάται από το ποιο κανάλι οδηγεί σε ποιο κανάλι. Ο αριθμός των μετρητών θα αυξηθεί κατά 4 ή θα μειωθεί κατά 4 κάθε κύκλο.
Μόλις ορίσετε τον τύπο κωδικοποίησης και τον τύπο μέτρησης παλμών, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο τύπο για να μετατρέψετε αριθμητικές πληροφορίες σε πληροφορίες θέσης:
Για θέση περιστροφής
Ποσότητα περιστροφής 
Όπου n = αριθμός παλμών που παράγονται από τον κωδικοποιητή κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής του άξονα
x = Τύπος κωδικοποίησης
Για γραμμική θέση
Μετατόπιση 
Όπου PPI = παλμός ανά ίντσα (αυτή η παράμετρος σχετίζεται με τον επιλεγμένο κωδικοποιητή)
Σύνδεση του κωδικοποιητή με το όργανο <br> Σε αυτή την ενότητα, πάρτε το πλαίσιο NI CDAQ-9172 και τη μονάδα ψηφιακής εισόδου/εξόδου NI 9401 C ως παράδειγμα. Η χρήση διαφορετικών οργάνων μέτρησης και εξοπλισμού είναι παρόμοια με αυτή τη διαδικασία.
Χρησιμοποιείται εξοπλισμός:
CDAQ-9172: NI COMPACTDAQ 8-SLOT HI-Speed USB Chassis
NI 9401: 8 καναλιών, 5 V/TTL Υψηλή ταχύτητα, αμφίδρομη ψηφιακή μονάδα I/O
24 κωδικοποιητής τετραγωνιστή παλμού/περιστροφής
Το NI 9401 διαθέτει σύνδεσμο D-Sub που παρέχει συνδεσιμότητα για 8 ψηφιακά κανάλια. Κάθε κανάλι διαθέτει ψηφιακή θύρα I/O που μπορεί να συνδεθεί με μια ψηφιακή συσκευή εισόδου ή εξόδου. Μόνο μέσω του 5ου και 6ου slots στο σασί μπορείτε να συνδεθείτε με τους δύο μετρητές στο CDAQ-9172. Επομένως, εισάγετε το 9401 στην 5η υποδοχή.
Σύμφωνα με αυτές τις προδιαγραφές, η σύνδεση Α στον κωδικοποιητή συνδέεται με τον ακροδέκτη 14 και η σύνδεση Β συνδέεται με τον ακροδέκτη 17 και το "5 VDC Power" συνδέεται με οποιαδήποτε αχρησιμοποίητη ψηφιακή γραμμή σε "υψηλή". "" Συνδεθείτε σε οποιαδήποτε θύρα COM.
Ξεκινήστε τη μέτρηση
Τώρα που ο κωδικοποιητής έχει συνδεθεί με τη συσκευή μέτρησης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το λογισμικό γραφικού προγραμματισμού NI LabView για να μεταφέρετε αυτά τα δεδομένα σε έναν υπολογιστή για παρατήρηση και ανάλυση.
Απόσπασμα από: NI "Γενικός Οδηγός Μέτρησης"