Кодовые датчики положения

Кодовые датчики положения преобразуют линейное или угловое перемещение объекта в цифровой код. Рассмотренные ниже кодовые датчики называют также аналого-цифровыми преобразователями пространственного кодирования.

На рис. 9.6а приведена функциональная схема канала передачи одного (i-го) разряда цифровой информации о положении объекта, характеризуемого координатой х. Элементы, входящие в состав датчика, пронумерованы от 1 до 6.

В зависимости от конструкции датчика деталь 2 (пластина или диск) с окном совершает линейное (пластина по вертикали) или угловое (диск относительно оси О-О′) перемещение х, вызванное перемещением контролируемого объекта. При определенном положении пластины 2 (диска) световой поток от светодиода 1 попадает через окно на фотодиод 3, который является чувствительным элементом усилителя 4. По сигналу с усилителя 4 импульсный элемент (компаратор) 5 формирует прямоугольный импульс, длительность τ которого зависит от скорости изменения х, пока на интервале времени (t′,t′+τ) фотодиод 3 освещен светодиодом 1 через окно пластины (диска) 2. Требуемый уровень выходного сигнала (напряжения) создается усилителем 6. Временные диаграммы, поясняющие преобразование х в логическую переменную уⁱ, показаны на рис. 9.6б. Выходная переменная уⁱ=1, когда координата х положения объекта удовлетворяет условию х′<х < х′′. Если это условие не выполняется, то уⁱ=0.

На рис. 9.7а показана кодовая пластина (с горизонтальными дорожками), с помощью которой формируется обычный четырехразрядный код.

Слева от пластины показано расположение неподвижных излучающих элементов – светодиодов. Сверху от пластины пронумерованы от 0 до 15 позиции относительного расположения подвижной пластины и неподвижных светодиодов. Предполагаем в данном случае, что кодовая пластина перемещается влево, занимая такие промежуточные положения, характеризуемые координатой х, при которых неподвижные излучающие элементы находятся за пластиной. Например, позиции 5 соответствует положение пластины, при котором окна первой и третьей сверху дорожек открыли световой поток для соответствующих фотоприемников (фотодиодов). Через вторую и четвертую дорожки световые потоки не проходят к соответствующим фотоприемникам.

Верхняя дорожка определяет нулевой разряд у⁰ числа у³у²у¹у⁰, представляемого в двоичной системе счисления. Вторая дорожка сверху определяет первый разряд у¹ и т.д. Так, позиции 5 (можно считать х=5) соответствует число 0101.

Наибольшее распространение получили преобразователи аналог-код (рис. 9.7б), выполненные в виде кодирующего диска с фотоэлектрической (оптической) системой считывания. Границы дорожек с окнами у кодового диска представляют собой окружности. Внешняя дорожка определяет нулевой разряд числа в двоичной системе счисления. Ближайшей к центру диска дорожке соответствует максимальный N-1 разряд N-разрядного кода. Максимальный угол поворота диска (диапазон изменения входного сигнала х) составляет 360^О.

Для уменьшения ошибок считывания применяют специальные методы кодирования, различающиеся расположением окон на дорожках. Например, применяется циклический код (код Грея), который сводит ошибку к единице младшего разряда.

Энкодеры

Энкодер (англ. rotaryencoder) представляет собой устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. По-существу энкодер представляет собой датчик угла поворота, формирующий на выходе импульсный цифровой код.

По способу выдачи информации энкодеры подразделяют на инкрементные (накапливающие или можно встретить название «инкрементальные») и абсолютные (позиционные).

Инкрементный энкодер используется, когда нет необходимости сохранять информацию об абсолютном положении объекта после выключении энкодера. Если вновь включить инкрементный энкодер, то отсчет угла поворота начнется с нуля, а не с угла, на который он был выставлен до момента выключения. В энкодерах этого типа используются счетчики импульсов, формируемых в процессе поворота объекта. Поэтому инкрементные энкодеры используются для определения скорости вращения.

Абсолютный энкодер выдает цифровой код, различный для каждого положения объекта (см. п. 9.2.4). Он позволяет определить угол поворота в случае исчезновения и восстановления питания. Поэтому при возникновении такого случая нет необходимости в возвращении объекта в исходное положение, чтобы правильно производить отсчет угла поворота.

По принципу действия энкодеры подразделяют на оптические, резистивные, магнитные индуктивные, механические. По допустимому углу поворота вала – на с ограниченным по углу диапазоном работы и с неограниченным по углу диапазоном работы.