Översikt över kodare och tillämpning <br> Kodaren är en elektromekanisk anordning som kan användas för att mäta mekanisk rörelse eller målposition. De flesta kodare använder optiska sensorer för att tillhandahålla elektriska signaler i form av pulståg, som i sin tur kan omvandlas till rörelse, riktning eller positionsinformation.
Rotationskodare kan användas för att mäta axelens rotationsrörelse. Figur 1 visar de grundläggande komponenterna i en roterande kodare, inklusive en ljusemitterande diod (LED), ett kodhjul och en ljussensor på kodhjulets baksida. Detta kodhjul placeras på en roterande axel med ogenomskinliga och ljusa fläktformade områden arrangerade i en kodad form. När kodhjulet roterar blockerar de ogenomskinliga sektorerna ljus och de ljusa sektorerna tillåter ljus att passera igenom. Detta producerar fyrkantiga vågpulser som kan sammanställas till motsvarande position eller rörelseinformation. Kodaren är vanligtvis uppdelad i 100 till 6000 sektorer per revolution. Detta visar att en 100-sektors kodare kan ge 3,6 graders noggrannhet medan en 6000-sektor kodare kan ge 0,06 graders noggrannhet.
Linjära kodare fungerar som roterande kodare. Den använder en fast, ogenomskinlig remsa för att ersätta den roterande kodaren, med några ljusöverförliga luckor på den ogenomskinliga remsytan, och LED-detektorenheten är fäst vid den rörliga kroppen.
Figur 1. Komponenter i en optisk kodare
Endast en pulsutgångskodare kan inte bestämma rotationsvinkeln, så den är inte användbar. Om två kodkanaler används, och fasskillnaden mellan deras sektorer är 90 grader (som visas i fig. 2), kan de två utgångskanalerna för kvadraturkodaren bestämma den två informationen om position och rotationsriktning. Om till exempel kanal A leder fasen roterar kodaren medurs. Om kanal B leder fasen, roterar kodhjulet moturs. Genom att övervaka antalet pulser och den relativa fasinformationen mellan signalerna A, B är det därför möjligt att erhålla rotations- och riktningsinformationen för rotationen samtidigt.
Bild 2. Utgångssignaler för kvadraturkodare A och B
Dessutom inkluderar vissa kvadraturkodare också en tredje utgångskanal som kallas nollsignal eller referenssignal. En enda puls matas ut för varje rotation av denna kanal. Du kan använda denna enda puls för att exakt beräkna en referensposition. I de flesta kodare kallas denna signal Z -axel eller index.
Hittills introducerade den här artikeln en enskild inkrementell kvadraturkodare. Eftersom både A- och B-signaler hänvisas till mark kallas de enstaka och varje signal har bara en (eller bara en) linje. En annan vanligt förekommande kodare är en differentiell kodare, och dess A- och B -signaler har två ledningar. De två linjerna i A -signalen är en 'och A, och de två linjerna i B -signalen är B' respektive B. Eftersom dessa fyra linjer alltid matar ut en känd nivå (0V eller VCC) kallas denna struktur också en push-pull-struktur. När A är VCC är A '0V. Omvänt, när A är 0V, är A 'VCC. När det gäller en enskild kodare är A antingen VCC eller flytande. Att använda differentiell detektion kan säkerställa signalens noggrannhet, så att differentiella kodare vanligtvis kan användas i miljöer med stort elektriskt brus.
Med en inkrementell kodare kan endast information om positionsförändring (från vilken rörelseshastighet och acceleration kan beräknas) mätas, men målets absoluta position kan inte bestämmas. Här kommer vi att introducera en tredje typ av kodare: absolut kodare, som kan få målets absoluta position. Denna kodare, liksom den inkrementella kodaren, har växlande ogenomskinliga sektorer och transparenta sektorer. En absolut kodare använder emellertid en multikomponentzon på kodhjulet i kodaren för att bilda en koncentrisk kodkanal, precis som en målring. Den koncentriska kodvägen startar från mitten av kodarkoden och sträcker sig utåt fram till utsidan av kodkortet. Varje kodkanal har två gånger partitionen än dess inre lager. Det första lagret, den innersta kodkanalen, har bara en lättöverföringssektor och en ogenomskinlig sektor; Det andra lagret i centrum har två ljussektorer och två ogenomskinliga sektorer; Och det finns fyra lättöverföringssektorer och ogenomskinliga sektorer för den tredje kodkanalen. Om kodaren har 10 lagerkodkanaler, har den yttersta kodkanalen 512 sektorer; Om det finns 16 lagerkodkanaler har den yttersta kodkanalen 32 767 sektorer.
Eftersom den absoluta kodaren har mer än ett antal sektorer per kodkanal än den inuti den, bildar antalet sektorer ett binärt räkningssystem. I denna typ av kodare motsvarar varje kodkanal på kodhjulet en ljuskälla och en mottagare. Detta innebär att en 10-lagers kodare kräver 10 grupper av ljuskällor och mottagare, medan en 16-lagers kodare kräver 16 grupper av ljuskällor och mottagare.
Fördelen med en absolut kodare är att du kan minska hastigheten på kodaren och göra kodaren för kodaren att bara göra en revolution under hela maskinens rörelsescykel. Om maskinen reser 10 tum och kodaren har 16 bitar av precision, är maskinpositionens noggrannhet 10/65 536 eller 0,00015 tum. Om maskinen reser längre, till exempel 6 fot, kan en grov rotationskodare se till att varje fot spåras; Ett andra steg, kallad en fin rotationskodare, kan spåra avstånd inom 1 fot. Detta innebär att du kan justera den grova kodaren så att den roterar runt hela 6-fots avståndet; Du kan också justera den tunna kodaren så att den kan lösa en räckvidd på 1 fot (eller 12 tum).
Hur man mäter med en kodare <br> För att använda en kodare för mätning måste det finnas en grundläggande elektronisk enhet, räknaren. Den grundläggande räknaren genererar ett värde genom sina flera ingångskanaler för att indikera antalet detekterade kanter (dvs. ändringar från låg till högt eller högt till lågt i vågformen). De flesta räknare har tre sammanhängande ingångar-tröskel, källa och upp/ner val. Räknaren registrerar antalet händelser i källinmatningen och räknas upp eller ner enligt tillståndet för UP/Down -urvalslinjen. Till exempel: Om upp/ner statusbiten är "hög" räknas räknaren upp; Om upp/ner statusbiten är "låg" räknas räknaren ner. Figur 3 visar ett förenklat motblockdiagram.
Bild 3. Förenklad modeller av räknaren
Kodare har vanligtvis 5 ledningar som måste anslutas. Olika kodare, färgen på dessa linjer är inte densamma. Du kan använda dessa ledningar för att driva kodaren och läsa A-, B- och Z -signaler. Figur 4 visar en typisk gränssnittsdefinition för en inkrementell kodare.
Figur 4. Inkrementellt kodargränssnitt
Nästa steg är att bestämma var dessa linjer ska anslutas. Som nämnts ovan är signalen A ansluten till källterminalen och pulserna i dess signal räknas. Signal B är ansluten till UP/Down -urvalsporten. Anslut valfri +5V DC-strömförsörjning till kraft- och markanslutningarna i de flesta fall, endast en digital linje för en datainsamling är tillräcklig.
Eftersom signalkanterna räknas är nästa sak du måste tänka på hur dessa värden ska konverteras till positionsinformation. Processen att konvertera kantvärdet till positionsinformation beror på vilken typ av kodning som används. Det finns tre grundläggande typer av kodning: x1, x2 och x4.
X1 -kodning
Figur 5 visar antalet plus-minusantal för en kvadraturperiod och dess motsvarande X1-kodningstyp. När kanal A leder kanal B inträffar ökningen på den stigande kanten av kanal A. När kanal B leder kanal A, sker minskningen vid den fallande kanten av kanal A.
Bild 5. X1 -kodning
X2 -kodning
X2 -kodningen liknar ovanstående process, förutom att varje kanträkning av räknaren en kanal ökas eller minskar, beroende på vilken kanal som kanaliseras. Värdet på räknaren kommer att öka med 2 eller minska med 2 varje cykel, såsom visas i figur 6.
Bild 6. X2 -kodning
X4 -kodning
I X4 -kodningsläget ökar eller minskar räknaren också på varje kant på kanalerna A och B. Huruvida antalet räknare ökar eller minskar beror på vilken kanal som leder vilken kanal. Antalet räknare kommer att öka med 4 eller minska med 4 varje cykel.
När du har ställt in typen av kodningstyp och pulsantal kan du använda följande formel för att konvertera numerisk information för att placera information:
För rotationsläge
Rotationsbelopp 
Där n = antal pulser genererade av kodaren under varje rotation av axeln
x = kodningstyp
För linjär position
Förflyttning 
Där ppi = puls per tum (denna parameter hänför sig till den valda kodaren)
Ansluta kodaren till instrumentet <br> I det här avsnittet tar du NI CDAQ-9172-chassit och NI 9401 C-serien Digital I/O-modul som ett exempel. Att använda olika mätinstrument och utrustning liknar denna process.
Använd utrustning:
CDAQ-9172: NI Compactdaq 8-slot Hi-hastighet USB-chassi
NI 9401: 8-kanal, 5 V/TTL hög hastighet, dubbelriktad digital I/O-modul
24 puls/rotationskvadraturkodare
NI 9401 har en D-SUB-kontakt som ger anslutning för 8 digitala kanaler. Varje kanal har en digital I/O -port som kan anslutas till en digital ingång eller utgångsenhet. Endast genom de femte och sjätte platserna på chassit kan du ansluta till de två räknarna i CDAQ-9172; Sätt därför in 9401 i den femte platsen.
Enligt dessa specifikationer är anslutning A på kodaren ansluten till stift 14 och anslutning B är ansluten till stift 17 och "5 VDC -effekt" är ansluten till alla oanvända siffror som är inställda på "hög". "" Anslut till alla COM -portar.
Börja mäta
Nu när kodaren har anslutits till mätanordningen kan du använda NI LabView grafisk programmeringsprogramvara för att överföra dessa data till en dator för observation och analys.
Utdrag från: NI "Allmän mäthandbok"