В статье рассмотрим два типа энкодеров – абсолютный и инкрементальный, а также сравним их между собой.
Содержание
Что такое «энкодер»
Энкодеры – датчики, которые служат для преобразования некоей подконтрольной величины в электросигнал. Их применяют в различном автоматическом оборудовании в промышленности, медицине, транспорте, логистике и т.д. Рынок изобилует большим количеством разнообразных энкодеров, предназначенных для разного целевого использования и отличающихся друг от друга многообразием параметров.
Энкодер – это, по сути, датчик угла поворота (например, вала), который позволяет измерить его величину, преобразовать ее в цифровой или аналоговый сигнал. Готовый к обработке сигнал фиксируется контрольным прибором и/или на его основе формируется управляющий сигнал для исполнительного устройства.
По принципу действия энкодеры делятся на абсолютные и инкрементальные.
Абсолютный энкодер
Информация с выходов датчиков данного типа имеет вид многоразрядного цифрового кода. Для каждого углового значения код уникален. Именно, благодаря этому факту абсолютные энкодеры выдают реальные данные о положении устройства. Нет необходимости в постоянной калибровке датчика для поиска нулевой метки (начального положения) объекта.
Современные энкодеры могут работать по различным физическим принципам. Самыми известными являются оптические, магнитные и емкостные.
- В оптических для получения информации о положении используют лучи света, проходящие сквозь прорези вращающегося диска. Стоящие напротив источников света фотодиоды фиксируют попадающий на них свет и на выходе появляется логическая «1». Если на них свет не падает, то на выходе датчика логический «0».
- В магнитных для получения данных используется изменения магнитного поля. В качестве элементов, фиксирующих его изменения, применяются датчики Холла.
- В емкостных для формирования сигнала положения применяется изменение электрического поля.
Абсолютные энкодеры также разделяются на однооборотные и многооборотные. Данная характеристика влияет на область их применения.
Однооборотные в основном используют для измерения и определения углов поворота вала. Датчик после совершенного оборота регистрирует положение и возвращается в исходное состояние.
Многооборотные датчики снабжают дополнительным передаточным устройством, фиксирующим количество оборотов. Энкодеры этого типа применяют для линейных измерений.
Преимущества абсолютных энкодеров
Это, пожалуй, самые совершенные и универсальные из всех энкодеров, датчики. Они обладают рядом достоинств:
- после отключения подачи питания запоминают свое положение;
- постоянно контролируют свое положение;
- легко масштабируются;
- имеют дополнительный набор функций для измерения полевой шины, скорости и т.д.;
- сохраняют электронные данные;
- интерфейс имеет много опций.
Энкодеры данного вида имеют и свои недостатки, которые, впрочем, не сильно влияют на их технологические свойства.
Недостатки абсолютных энкодеров
Их высокая прецизионность нужна далеко не всегда и не везде. Часто их приобретают для сложного оборудования, чтобы иметь четкое представление о точном позиционировании вала или иного элемента оборудования в нужный момент времени. Их минусы:
- они стоят намного дороже инкрементальных;
- у них более сложный для обработки выходной сигнал.
Где применяются
Абсолютные энкодеры используются во многих сложных технологических системах в различных отраслях. Эти измерители положения можно найти в разных устройствах и системах.
- Они применяются в экзоскелетах и протезах;
- Их используют в автоматизированных системах для тестирования и измерения.
- Без них невозможно представить современные станки.
- Робототехника так вообще на них завязана почти полностью.
- Используются в двухкоординатных устройствах наведения в оптическом и телекоммуникационном оборудовании.
Инкрементальный энкодер
Другой тип – инкрементные энкодеры (их еще называют пошаговыми) служат для указания угла какого-то внешнего механизма и/или направления перемещения. Количество формируемых им импульсов соответствует углу поворота вала. Они не могут генерировать код положения вала в те моменты, когда вал не движется.
В этом устройстве не сохраняется информация о предыдущих перемещениях в случае выключения питания. Поэтому при каждом включении механизм энкодера необходимо перемещать в определенное заранее положение, исходную точку, чтобы сделать информацию о положении вала корректной.
Инкрементальный энкодер связан со счетчиком импульсов, чтобы затем количество импульсов преобразовывается в значение для угла перемещения вала каким-то исполнительным устройством.
Функциональная схема пошагового датчика выглядит довольно просто.
- Источник света.
- Диск с четко позиционированными метками.
- Сборка из фоторезисторов.
- Схема, где обрабатывается информация от фоторезисторов. Это то место, где формируется электрический цифровой код положения.
Сколько отверстий в диске, столько может генерироваться импульсов за один оборот диска. Например, по окружности диска равномерно распределено 100 отверстий, значит 25 импульсов скажут о повороте вала на 900.
Преимущества инкрементального энкодера
Главное достоинство таких энкодеров – это приятная цена, намного ниже цены на абсолютные энкодеры при более высоком разрешении. И ещё несколько бесспорных преимуществ, которые помогают использовать их для широкого спектра задач.
- Его функциональности для решения многих задач вполне достаточно.
- Простая и легкая обработка последовательных импульсов.
- Прост в эксплуатации.
- Экономичен.
- Легко масштабируется.
Недостатки инкрементальных энкодеров
Сюда обычно попадает необходимость обрабатывать сигналы на выходе в непрерывном режиме.
Также в этот список попадает потребность в постоянном возврате устройства в исходное положение.
Области применения
Они, практически, безграничны. Приведем примеры лишь некоторых из них. Они широко применяются:
- В системах, служащих для контроля доступа;
- В самодвижущихся роботизированных механизмах.
- В медицинском оборудовании;
- В серводвигателях, чтобы определять положение вала и направление, в котором он вращается;
- В сложных автоматизированных производственных комплексах в устройствах для управления конвейерами.
В общем, везде, где необходим контроль за количеством вращения каких-то механизмов и их управления, устанавливают инкрементные энкодеры.
Какие еще есть различия между абсолютным и инкрементальным энкодерами?
Когда возникает вопрос предпочтения в применении какого-либо типа энкодера в тех или иных системах, то следует обратить внимание на требования, которые к ней предъявляются.
Если при включении устройства энкодер должен выдать правильное положение, то тогда смело можно ставить абсолютный.
Если старт происходит не мгновенно, а выделяется время на подготовку оборудования к работе и есть возможность вывода механизма в исходное положение, то тогда отлично подойдет и инкрементальный энкодер.
Так как у пошаговых датчиков более простая конструкция, то среди них встречаются довольно компактные модели, что совершенно недостижимо для абсолютных энкодеров. Это важное обстоятельство позволяет использовать инкрементальные датчики в малогабаритных механизмах и устройствах.
Еще один момент, когда датчик нужен только для того, чтобы контролировать скорость вращения вала или механизма, то на эту роль прекрасно подойдет пошаговый тип энкодера.
Подводя итоги, можно сделать вывод, что оба вида энкодера имеют свои достоинства и недостатки, поэтому выбор нужного вида основывается на том, какую функцию он должен выполнять в системе.