Przegląd kodera i aplikacji <br> Encoder jest urządzeniem elektromechanicznym, którego można użyć do pomiaru ruchu mechanicznego lub położenia docelowego. Większość koderów używa czujników optycznych do dostarczania sygnałów elektrycznych w postaci pociągów impulsów, które z kolei można przekształcić w informacje o ruchu, kierunku lub pozycji.
Do pomiaru ruchu obrotowego wału można użyć enkoderów obrotowych. Rysunek 1 pokazuje podstawowe elementy enkodera obrotowego, w tym diodę emitującą światło (LED), koło kodu i czujnik światła z tyłu koła kodu. To koło kodowe jest umieszczane na obracającym się wale z nieprzezroczystymi i przenoszącymi światłem obszary w kształcie wentylatora ułożone w zakodowanej formie. Gdy koło kodu obraca się, nieprzezroczyste sektory blokują światło, a sektory przenoszące światło pozwalają na przejście światła. To wytwarza impulsy fali kwadratowej, które można skompilować w odpowiednich informacjach o pozycji lub ruchu. Koder jest zwykle podzielony na 100 do 6000 sektorów na rewolucję. To pokazuje, że 100-sektorowy enkoder może zapewnić dokładność 3,6 stopnia, podczas gdy enkoder 6000-sektorowy może zapewnić dokładność 0,06 stopnia.
Liniowe enkodery działają jak enkodery obrotowe. Używa stałego, nieprzezroczystego paska w celu wymiany enkodera obrotowego, z niektórymi przeciętnymi przerwami na nieprzezroczystej powierzchni paska, a zespół detektora LED jest przymocowany do ruchomego korpusu.
Rysunek 1. Składniki enkodera optycznego
Tylko jeden enkoder wyjściowy impulsu nie może określić kąta obrotu, więc nie jest użyteczny. Jeśli używane są dwa kanały kodu, a różnica fazowa między ich sektorami wynosi 90 stopni (jak pokazano na ryc. 2), dwa kanały wyjściowe enkodera kwadratury mogą określić dwie informacje o pozycji i kierunku obrotu. Na przykład, jeśli kanał A prowadzi fazę, enkoder obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Jeśli kanał B prowadzi fazę, koło kodu obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Dlatego, monitorując liczbę impulsów i względne informacje o fazie między sygnałami A, B, możliwe jest jednocześnie uzyskanie informacji o pozycji i kierunku obrotu.
Rysunek 2. Sygnały wyjściowe enkoderów kwadratury A i B
Ponadto niektóre enkodery kwadraturowe zawierają również trzeci kanał wyjściowy o nazwie sygnał zerowy lub sygnał odniesienia. Pojedynczy impuls jest wysyłany dla każdego obrotu tego kanału. Możesz użyć tego pojedynczego impulsu, aby dokładnie obliczyć pozycję odniesienia. W większości enkoderów sygnał ten nazywa się oś Z lub wskaźnikiem.
Do tej pory w tym artykule wprowadzono jedno-końcowy enkoder kwadratowy. Ponieważ zarówno sygnały A, jak i B są odwoływane do gruntu, nazywane są je jednokierunkowymi, a każdy sygnał ma tylko jedną (lub tylko jedną) linię. Innym powszechnie używanym enkoderem jest enkoder różnicowy, a jego sygnały A i B mają dwa przewody. Dwie linie sygnału A to A 'i A, a dwie linie sygnału B wynoszą odpowiednio B' i B. Ponieważ te cztery linie zawsze wyświetlają znany poziom (0 V lub VCC), ta struktura nazywana jest również strukturą push-pull. Gdy A jest VCC, A 'to 0 V. I odwrotnie, gdy A to 0 V, A 'to VCC. W przypadku jedno-końcowego enkodera A jest albo VCC lub pływa. Wykorzystanie różnicowego wykrywania może zapewnić dokładność sygnału, więc różnicowe enkodery można zwykle stosować w środowiskach o dużym szumie elektrycznym.
W przypadku enkodera przyrostowego można zmierzyć tylko informacje o zmianie pozycji (od których można obliczyć prędkość i przyspieszenie ruchu), ale nie można określić bezwzględnej pozycji celu. W tym miejscu wprowadzimy trzeci typ enkodera: enkoder bezwzględny, który może uzyskać bezwzględną pozycję celu. Ten enkoder, podobnie jak enkoder przyrostowy, ma naprzemienne nieprzezroczyste sektory i przezroczyste sektory. Jednak bezwzględny enkoder używa strefy wieloskładnikowej na kole kodera, aby utworzyć koncentryczny kanał kodu, podobnie jak pierścień docelowy. Koncentryczna ścieżka kodu zaczyna się od środka kodu enkodera i rozciąga się na zewnątrz do zewnętrznej płyty kodu. Każdy kanał kodu ma dwukrotność partycji niż jej wewnętrzna warstwa. Pierwsza warstwa, najgłębszy kanał kodu, ma tylko jeden sektor przenoszący światło i jeden nieprzezroczysty sektor; Druga warstwa w środku ma dwa sektory transmitujące światło i dwa nieprzezroczyste sektory; I istnieją cztery sektory przenoszące światło i nieprzezroczyste sektory dla trzeciego kanału kodu. Jeśli enkoder ma 10 kanałów kodu, wówczas najbardziej zewnętrzny kanał kodu ma 512 sektorów; Jeśli istnieje 16 kanałów kodu, wówczas najbardziej zewnętrzny kanał kodu ma 32 767 sektorów.
Ponieważ koder bezwzględny ma więcej niż jedną liczbę sektorów na kanał kodu niż ten w nim, liczba sektorów tworzy system zliczania binarnego. W tego typu enkoderze każdy kanał kodu na kołach kodu odpowiada źródle światła i odbiornik. Oznacza to, że 10-warstwowy enkoder wymaga 10 grup źródeł światła i odbiorników, podczas gdy 16-warstwowy enkoder wymaga 16 grup źródeł światła i odbiorników.
Zaletą absolutnego enkodera jest to, że możesz zmniejszyć prędkość enkodera i sprawić, że koder enkodera stworzy tylko jedną rewolucję podczas całego cyklu ruchu maszyny. Jeśli maszyna podróżuje 10 cali, a enkoder ma 16 bitów precyzji, wówczas dokładność pozycji maszyny wynosi 10/65 536 lub 0,00015 cali. Jeśli maszyna podróżuje dłużej, na przykład 6 stóp, wówczas gruby enkoder obrotowy może zapewnić śledzenie każdej stopy; Drugi etap, zwany drobnym enkoderem obrotowym, może śledzić odległości w odległości 1 stopy. Oznacza to, że możesz dostosować gruboziarnisty enkoder, aby obracał się wokół całej odległości 6 stóp; Możesz także wyregulować cienki enkoder, aby mógł rozwiązać zakres 1 stopy (lub 12 cali).
Jak mierzyć za pomocą enkodera <br> Aby użyć enkodera do pomiaru, musi istnieć podstawowe urządzenie elektroniczne, licznik. Podstawowy licznik generuje wartość za pomocą kilku kanałów wejściowych, aby wskazać liczbę wykrytych krawędzi (tj. Zmienia się od niskiego lub wysokiego do niskiego w kształcie fali). Większość liczników ma trzy powiązane ze sobą wejście, źródło i wybór w górę/w dół. Licznik rejestruje liczbę zdarzeń w wejściu źródłowym i liczy się w górę lub w dół zgodnie ze stanem linii selekcji w górę/w dół. Na przykład: jeśli bit statusu w górę/w dół jest „wysoki”, licznik się liczy; Jeśli bit statusu w górę/w dół jest „niski”, licznik odlicza się. Rysunek 3 pokazuje uproszczony schemat bloków licznika.
Rysunek 3. Uproszczony model licznika
Encodery zwykle mają 5 przewodów, które należy podłączyć. Różne kodery, kolor tych linii nie jest taki sam. Możesz użyć tych przewodów do zasilania kodera i odczytania sygnałów A, B i Z. Rysunek 4 pokazuje typową definicję interfejsu dla przyrostowego enkodera.
Rysunek 4. Przyrostowy interfejs enkodera
Następnym krokiem jest podjęcie decyzji, gdzie należy połączyć te linie. Jak wspomniano powyżej, sygnał A jest podłączony do terminalu źródłowego, a impulsy w jego sygnale są zliczane. Sygnał B jest podłączony do portu wyboru w górę/w dół. Podłącz dowolne zasilacze +5 V DC do połączeń zasilania i uziemiania w większości przypadków, wystarczy tylko jedna linia cyfrowego urządzenia do akwizycji danych.
Ponieważ krawędzie sygnału są zliczane, następną rzeczą, którą należy wziąć pod uwagę, jest sposób przekonwertowania tych wartości na informacje o pozycji. Proces przekształcania wartości krawędzi w informacje o pozycji zależy od rodzaju zastosowanego kodowania. Istnieją trzy podstawowe typy kodowania: x1, x2 i x4.
Kodowanie x1
Rycina 5 pokazuje liczbę zliczeń plus-minus dla okresu kwadratury i odpowiedni typ kodowania X1. Gdy kanał A prowadzi kanał B, przyrost występuje na rosnącej krawędzi kanału A. Gdy kanał B prowadzi kanał A, spadek występuje na upadku krawędzi kanału A.
Rysunek 5. kodowanie x1
Kodowanie x2
Kodowanie x2 jest podobne do powyższego procesu, z tym wyjątkiem, że każda liczba krawędzi licznika A kanału jest zwiększana lub zmniejszana, w zależności od kanału kanału. Wartość licznika wzrośnie o 2 lub spadnie o 2 każdy cykl, jak pokazano na rycinie 6.
Rysunek 6. kodowanie x2
X4 kodowanie
W trybie kodowania x4 licznik również zwiększa lub zmniejsza się na każdej krawędzi kanałów A i B. Niezależnie od tego, czy liczba liczników wzrasta, czy zmniejsza się, zależy od tego, który kanał prowadzi, który kanał. Liczba liczników wzrośnie o 4 lub spadnie o 4 w każdy cykl.
Po ustawieniu typu kodowania i liczby liczby impulsów możesz użyć następującej formuły do konwersji informacji numerycznej na informacje o pozycji:
Dla pozycji rotacji
Ilość rotacji 
Gdzie n = liczba impulsów generowanych przez enkoder podczas każdego obrotu wału
x = typ kodowania
Dla pozycji liniowej
Przemieszczenie 
Gdzie ppi = impuls na cal (ten parametr dotyczy wybranego enkodera)
Podłączając enkoder z instrumentem <br> w tej sekcji weź podwładnik NI CDAQ-9172 i cyfrowy moduł I/O serii NI 9401 C. Korzystanie z różnych przyrządów pomiarowych i urządzeń jest podobne do tego procesu.
Użyte wyposażenie:
CDAQ-9172: Ni CompactDAQ 8-SLOT HI-Speed Podwozie USB
NI 9401: 8-kanałowy, 5 V/TTL wysoka prędkość, dwukierunkowy cyfrowy moduł I/O
24 Koder kwadratury impulsu/obrotu
NI 9401 ma złącze D-Sub, które zapewnia łączność dla 8 kanałów cyfrowych. Każdy kanał ma cyfrowy port we/wy, który można podłączyć do cyfrowego urządzenia wejściowego lub wyjściowego. Tylko przez 5 i 6 szczeliny na podwoziu możesz połączyć się z dwoma licznikami w CDAQ-9172; Dlatego wstaw 9401 do 5. szczeliny.
Zgodnie z tymi specyfikacjami połączenie A na enkoderze jest podłączone do pin 14, a połączenie B jest podłączone do pinu 17, a „zasilanie 5 VDC” jest podłączone do dowolnego nieużywanego linii cyfrowej na „High”. „” Podłącz do dowolnego portu COM.
Zacznij mierzyć
Teraz, gdy enkoder został podłączony do urządzenia pomiarowego, możesz użyć oprogramowania do programowania graficznego NI Labview do przesyłania tych danych do komputera do obserwacji i analizy.
Fragment: Ni „Ogólny przewodnik pomiarowy”