Энкодеры: назначение, виды, принцип работы

Энкодер (датчик угла поворота, углового положения) — прибор, предназначенный для оценки характеристик вращающегося объекта.

По сути, энкодер — это датчик угла поворота вала, который измеряет его величину, преобразуя в цифровой код. Готовый к обработке сигнал фиксируется контроллером (микросхемой и др.) или на его основе формируется управляющий сигнал для исполнительного устройства.

Содержание

• Что такое энкодер, его принцип работы простыми словами
• Применение энкодеров
• Виды энкодеров
• Параметры энкодеров
• Монтаж и подключение
• Как подобрать энкодер

Что такое энкодер, его принцип работы простыми словами

Задачи устройства — измерять угол поворота. Некоторые датчики способны измерять количество оборотов.

На примере оптического энкодера рассмотрим принцип работы. В устройстве три элемента:

• источник света;
• вращающийся диск, на который нанесены риски;
• приемник — светочувствительный элемент, принимающий сигнал.

В ходе работы источник света генерирует сигнал, который улавливается приемником. В приемнике происходит подсчет и преобразование электрических импульсов, посредством микросхем внутри энкодера.

Применение энкодеров

Датчик углового положения используется там, где требуются высокоточные данные, например:

• в системах точного перемещения и позиционирования: пневматические и гидравлические прессы, грузоподъемное оборудование и др.;
• на транспортерных лентах, в системах измерения длины;
• в измерительном оборудовании — преобразователях сигналов, датчиков давления и др.
• в автоматизированных системах фасовки, дозирования материалов;
• в робототехнике: медицинских протезах и др.

Энкодеры — приборы, способные передавать сигналы при высоких температуре, влажности, давлении и в других сложных условиях.

Виды энкодеров

Все датчики положения вала электродвигателя принято делить на группы с учетом конструктивных особенностей.

Инкрементальные (пошаговые)

Преобразователи с самым простым принципом работы. Способны решить большинство поставленных задач. Диск со специальными прорезями во время вращения просвечивается оптическим датчиком. Последовательная смена цифровых сигналов отражает положение датчика относительно прорези.

Абсолютные

Более совершенные приборы. Благодаря тому, что диск сегментирован, полученный сигнал отражает текущий угол поворота. Преобразователи этого типа передают значение угла в заданное время даже при отсутствии движения.

Предназначены для контроля сложнотехнического оборудования — например, когда требуется знать точную позицию объекта в заданное время.

В зависимости от конструкционных особенностей преобразователи угловых перемещений могут быть:

• Оптическими. Внутри стеклянный диск, закрепленный на валу. При работе фоточувствительный датчик принимает сигнал, передает его на микросхему, где и происходит формирование цифрового сигнала.
• Магнитными. Принцип работы основан на магнитном поле. Такие приборы устойчивы к действию окружающей среды, простой монтаж.
• Фотоэлектрическими (емкостными). Это высокочувствительные приборы, работающие на фотоэлектрическом эффекте. Попадающий свет преобразуется в сигнал электрического тока. Гарантируют высокое качество передаваемого сигнала.

Таблица. Сравнение характеристик энкодеров

Подробнее узнать о различиях инкрементальных и абсолютных энкодеров можно в статье на нашем сайте.

Параметры энкодеров

Один из главных параметров — разрешение. Под этим термином понимают количество импульсов за один оборот. Значение выбирают исходя из скорости вращения вала. Главное — программная часть датчика должна успевать создавать сигналы. Иначе скорость и другие данные будут рассчитаны неверно.

К числу прочих важных параметров относят: напряжение питания, тип и диаметр вала, вид выхода, размер, особенности установки и уровень защиты.

Монтаж и подключение

Энкодеры соединяют с преобразователями частоты, которые обеспечивают питание электрического двигателя. Подключают трех- или шестипроводной схемой.

Датчики крепятся специальной муфтой к валу, параметры вращения которого нужно измерить. Получается прочное соединение деталей, расположенных на одной оси.

Есть и другие варианты крепления — например, если преобразователь с полым валом. В таком случае вал входит внутрь преобразователя и фиксируется в полой втулке. Энкодер фиксируется не жестко , достаточно ограничителя, который будет предотвращать его вращение.

При любой схеме подключения нужно:

• Придерживаться рекомендаций производителя.
• Обеспечить дополнительный источник питания на устройстве, которое принимает сигнал.
• Не подключать высокоточные энкодеры к источникам, которые питают реле. Это вызовет помехи, а показания будут неточными.

Как подобрать энкодер

Критерии выбора энкодера зависят от поставленных задач и особенностей производства. Проще всего подобрать устройство в соответствии с требованиями ТЗ на этапе разработки системы. Нужно учитывать размер, заданные параметры и данные, которые необходимо обработать и получить на выходе.

Если прибор вышел из строя, датчик на замену подбирают по уже имеющимся маркировочным данным (прописаны на корпусе).

При выборе энкодера учитывают следующие характеристики:

• Местоположение устройства и условия работы. Если предстоит работа в агрессивных условиях, например, на улице, то нужна дополнительная защита от атмосферных осадков и других капризов природы — корпусированные. Есть модели, которые встраиваются в систему и не имеют дополнительной защиты.
• Тип энкодера. Важна функциональность. Нецелесообразно покупать приборы, потенциал которых не будет задействован полностью.
• Разрешение — количество импульсов за один оборот. Чем выше разрешение, тем точнее энкодер может определить положение.

В ООО «ИнноДрайв» работают специалисты с инженерным образованием, которые разбираются в ассортименте, характеристиках и особенностях работы датчиков. Мы готовы помочь определить основные критерии выбора, которые подходят под поставленные задачи. Задавайте вопросы нашим специалистам перед покупкой энкодеров, и мы сможем подобрать для вас наиболее подходящий вариант.