エンコーダとアプリケーションの概要<br>エンコーダーは、機械的運動またはターゲットの位置を測定するために使用できる電気機械デバイスです。ほとんどのエンコーダーは、光学センサーを使用して、パルス列車の形で電気信号を提供します。これは、動き、方向、または位置情報に変換できます。
回転エンコーダーを使用して、シャフトの回転動きを測定できます。図1は、ライトエミッティングダイオード（LED）、コードホイール、コードホイールの背面にあるライトセンサーなど、回転エンコーダーの基本コンポーネントを示しています。このコードホイールは、エンコードされたフォームに配置された不透明で光を透明にするファン型の領域を備えた回転シャフトの上に配置されます。コードホイールが回転すると、不透明なセクターが光をブロックし、光を伝達するセクターが光を通過させます。これにより、対応する位置またはモーション情報にコンパイルできる正方形波パルスが生成されます。エンコーダーは通常、革命ごとに100〜6000のセクターに分割されます。これは、100セクターエンコーダーが3.6度の精度を提供できることを示していますが、6000セクターエンコーダーは0.06度の精度を提供できることを示しています。
線形エンコーダーはロータリーエンコーダーのように動作します。固定された不透明なストリップを使用して、ロータリーエンコーダーを置き換え、不透明なストリップ表面に光感染したギャップをいくつか置き、LED検出器アセンブリが動いているボディに取り付けられています。
図1.光エンコーダーのコンポーネント
1つのパルス出力エンコーダーのみが回転角を決定できないため、役に立ちません。 2つのコードチャネルが使用され、セクター間の位相差が90度である場合（図2に示すように）、四方率エンコーダーの2つの出力チャネルは、位置と回転方向の2つの情報を決定できます。たとえば、チャネルAが位相をリードする場合、エンコーダーは時計回りに回転します。チャネルBが位相をリードすると、コードホイールが反時計回りに回転します。したがって、パルスの数と信号A、B間の相対位相情報を監視することにより、回転の位置と方向情報を同時に取得することができます。
図2.四方率エンコーダーAとBの出力信号
さらに、一部の四方率エンコーダーには、ゼロ信号または参照信号と呼ばれる3番目の出力チャネルも含まれています。このチャネルの回転ごとに単一のパルスが出力されます。この単一のパルスを使用して、参照位置を正確に計算できます。ほとんどのエンコーダーでは、この信号はz軸またはインデックスと呼ばれます。
これまでのところ、この記事では、シングルエンドの増分四角エンコーダーを紹介しました。 AとBの両方の信号は地面を参照されるため、それらは単一端と呼ばれ、各信号には1つの（または1つのみ）ラインのみがあります。一般的に使用される別のエンコーダーは差動エンコーダーで、そのAとBの信号には2つのワイヤがあります。 A信号の2行はA 'とAであり、B信号の2行はそれぞれB'とBです。これらの4つの線は常に既知のレベル（0VまたはVCC）に出力されるため、この構造はプッシュプル構造とも呼ばれます。 AがVCCの場合、a 'は0Vです。逆に、aが0Vの場合、a 'はvccです。シングルエンドエンコーダーの場合、AはVCCまたはフローティングのいずれかです。差動検出を使用すると、信号の精度が確実になるため、通常、大きな電気ノイズがある環境で微分エンコーダーを使用できます。
インクリメンタルエンコーダでは、位置変更情報のみ（モーション速度と加速度を計算できます）を測定できますが、ターゲットの絶対位置を決定できません。ここでは、ターゲットの絶対位置を取得できる3番目のタイプのエンコーダー：絶対エンコーダーを導入します。このエンコーダーは、インクリメンタルエンコーダーと同様に、不透明なセクターと透明セクターを交互に持っています。ただし、絶対エンコーダーは、エンコーダのコードホイールでマルチコンポーネントゾーンを使用して、ターゲットリングのように同心円状のコードチャネルを形成します。同心コードパスは、エンコーダコードの中心から始まり、コードボードの外側まで外側に拡張されます。各コードチャネルには、内側のレイヤーの2倍のパーティションがあります。最初のレイヤーである最も内側のコードチャネルには、1つの光翻訳セクターと1つの不透明なセクターのみがあります。中央の2番目のレイヤーには、2つの光移動セクターと2つの不透明なセクターがあります。また、3番目のコードチャネルには、4つの光移動セクターと不透明セクターがあります。エンコーダーに10レイヤーコードチャネルがある場合、最も外側のコードチャネルには512のセクターがあります。 16のレイヤーコードチャネルがある場合、最も外側のコードチャネルには32,767のセクターがあります。
絶対エンコーダーには、コードチャネルごとに複数のセクターがその内部のセクターよりも複数のセクターを備えているため、セクターの数はバイナリカウントシステムを形成します。このタイプのエンコーダーでは、コードホイール上の各コードチャネルは、光源とレシーバーに対応します。これは、10層エンコーダーには10枚のグループの光源とレシーバーが必要であり、16層のエンコーダーには16グループの光源と受信機が必要であることを意味します。
絶対エンコーダーの利点は、エンコーダーの速度を低下させ、エンコーダーのコーダーがマシンモーションサイクル全体で1回の革命のみを作成できることです。マシンが10インチ移動し、エンコーダーに16ビットの精度がある場合、マシンの位置の精度は10/65,536、つまり0.00015インチです。 6フィートなどのマシンが長く移動する場合、粗い回転エンコーダーは各足が追跡されるようにします。細かい回転式エンコーダーと呼ばれる第2段階では、1フィート以内の距離を追跡できます。これは、粗いエンコーダーを調整して、6フィートの距離全体を回転させることができることを意味します。また、薄いエンコーダーを調整して、1フィート（または12インチ）の範囲を解決できるようにすることもできます。
エンコーダー<br>を使用して測定する方法エンコーダーを測定に使用するには、基本的な電子デバイス、カウンターが必要です。基本的なカウンターは、いくつかの入力チャネルを介して値を生成して、検出されたエッジの数を示します（つまり、波形の低から高または高に変化します）。ほとんどのカウンターには、3つの相互に関連した入力控除、ソース、およびアップ/ダウン選択があります。カウンターは、ソース入力のイベントの数を記録し、アップ/ダウン選択ラインの状態に応じて上下にカウントします。たとえば、アップ/ダウンステータスビットが「高」の場合、カウンターはカウントされます。アップ/ダウンステータスビットが「低」の場合、カウンターがカウントダウンします。図3は、単純化されたカウンターブロック図を示しています。
図3.カウンターの簡素化されたモデル
エンコーダーには通常、接続する必要がある5つのワイヤがあります。異なるエンコーダー、これらの行の色は同じではありません。これらのワイヤーを使用してエンコーダーに電源を入れ、A、B、およびZ信号を読み取ることができます。図4は、増分エンコーダーの典型的なインターフェイス定義を示しています。
図4.増分エンコーダーインターフェイス
次のステップは、これらの行を接続する場所を決定することです。上記のように、信号Aはソース端子に接続され、その信号のパルスがカウントされます。信号Bは、アップ/ダウン選択ポートに接続されています。任意の +5V DC電源をパワーおよびグラウンド接続に接続するほとんどの場合、データ収集デバイスのデジタルラインは1つだけで十分です。
信号エッジがカウントされるため、次に考慮する必要があるのは、これらの値を位置情報に変換する方法です。エッジ値を位置情報に変換するプロセスは、使用されるエンコードのタイプによって異なります。エンコードには、x1、x2、x4の3つの基本的なタイプがあります。
X1エンコーディング
図5は、四方率のプラスマイナス数と、それに対応するX1エンコーディングタイプの数を示しています。チャネルAがチャネルBをリードすると、チャネルAがチャネルAをリードすると、チャネルAの上昇エッジで増分が発生します。
図5. X1エンコーディング
X2エンコーディング
X2エンコーディングは、上記のプロセスに似ていますが、カウンターの各エッジカウントは、チャネルがチャネル化されているチャネルに応じて増加または減少します。図6に示すように、カウンターの値は各サイクル2または2減少します。
図6. X2エンコーディング
X4エンコーディング
X4コーディングモードでは、チャネルAとBの各エッジでカウンターが増加または減少します。カウンターの数が増加または減少するかどうかは、どのチャネルがどのチャネルをリードするかによって異なります。カウンターの数は、サイクルごとに4または4減少します。
エンコードタイプとパルスカウントタイプを設定したら、次の式を使用して数値情報を位置情報に変換できます。
回転位置の場合
回転量
ここで、シャフトの各回転中にエンコーダーによって生成されるパルスの数
x =エンコードタイプ
線形位置の場合
変位
ここで、ppi = 1インチあたりのパルス（このパラメーターは選択したエンコーダーに関連しています）
エンコーダーをこのセクションで<br>に接続すると、NI CDAQ-9172シャーシとNI 9401 CシリーズデジタルI/Oモジュールを例に取ります。さまざまな測定機器と機器を使用することは、このプロセスに似ています。
使用する機器：
CDAQ-9172：Ni CompactDaq 8-Slot Hi-Speed USBシャーシ
NI 9401：8チャンネル、5 V/TTL高速、双方向デジタルI/Oモジュール
24パルス/回転四角エンコーダー
Ni 9401には、8つのデジタルチャネルに接続を提供するD-Subコネクタがあります。各チャネルには、デジタル入力または出力デバイスに接続できるデジタルI/Oポートがあります。シャーシ上の5番目と6番目のスロットからのみ、CDAQ-9172の2つのカウンターに接続できます。したがって、9401を5番目のスロットに挿入します。
これらの仕様によると、エンコーダー上の接続Aはピン14に接続され、接続Bはピン17に接続され、「5 VDC電力」は「High」に設定されていない未使用の桁に接続されます。 "" comポートに接続します。
測定を開始します
エンコーダーが測定デバイスに接続されたので、NI LabViewグラフィカルプログラミングソフトウェアを使用して、観察と分析のためにこのデータをコンピューターに転送できます。
抜粋：ni「一般測定ガイド」