Содержание:
Абсолютный энкодер – это датчик углового положения, который выдаёт информацию о положении в виде многоразрядного цифрового кода. Каждый код является уникальным в пределах диапазона измеряемых угловых положений. Благодаря этому абсолютные энкодеры могут сразу же после включения питания выдавать действительную информацию о положении, без необходимости перемещения в начальное положения и поиска нулевой (индексной) метки, как это происходит у инкрементных энкодеров.
Принцип работы абсолютного энкодера
Энкодеры, выпускаемые в настоящее время, могут работать используя различные физические принципы. Основные из них – это оптический, в котором для получения информации о положении используются изменения пучков света, магнитный, в котором работа производиться с изменениями магнитного поля и ёмкостной – в этом случае для определения положения используются изменения электрического поля. Каждый из этих принципов может быть реализован различными способами
Оптические
Оптические энкодеры для работы используют изменение световых пучков, происходящее при вращении кодового диска, с которым эти световые пучки взаимодействуют. Оптические энкодеры строятся по двум основным схемам: пропускательной и отражательной. В пропускательной схеме световые пучки проходят через прорези в непрозрачном кодовом диске, после чего попадают на фотоприёмники. В отражательной схеме на кодовом диске чередуются рассеивающие и зеркальные участки. Свет, отражающийся от зеркальных участков, попадает в фотоприёмники.
Магнитные
Все магнитные энкодеры используют для работы изменения магнитного поля, происходящие в результате вращения кодового диска. Отличия между разновидностями магнитных энкодеров заключаются в способах измерения этих изменений. Чаще других можно встретить магнитные энкодеры следующих видов:
Индуктивные – изменения магнитного поля оцениваются по изменению взаимной индуктивности обмоток расположенных на вращающейся и неподвижной части энкодера.
На датчиках Холла –для оценки изменения магнитного поля используются датчики на эффекте Холла.
Магнито-резистивные – в качестве чувствительного элемента этих датчиков используются материалы изменяющие своё сопротивление в магнитном поле.
Ёмкостные
Принцип работы основан на оценке изменений электрического поля, происходящих при вращении кодового диска специальной формы. Изменение электрического поля оценивается по изменению ёмкости конденсаторов, образованных обкладками на неподвижной части энкодера и вращающимся кодовым диском.
Классификация
Абсолютные энкодеры различаются по максимальному углу поворота на котором все коды формируемые энкодером не совпадают друг с другом. По этому признаку их разделяют на однооборотные и многооборотные
У однооборотных энкодеров после совершения одного полного оборота вала выдаваемые коды начинают повторяться – то есть информация о положении вала является однозначной только в рамках одного оборота.
У многооборотных выдаваемый код начинает повторяться при совершении более чем одного оборота. Выдаваемый ими код однозначно соответствует положению при перемещении более чем на один оборот – до достижения максимального числа оборотов которое может подсчитать энкодер.
Способ подсчёта количества оборотов в энкодерах также может быть реализован по-разному. Один из способов – с механической передачей – заключается в том что в энкодер устанавливается дополнительная понижающая зубчатая передача на выходе которой одному полному обороту вала энкодера соответствует небольшая часть оборота её выходного вала. После такого преобразования количество оборотов можно подсчитать измеряя угол поворота входного вала дополнительной механической передачи используя те же самые технологии что и при измерении угла поворота энкодера в пределах одного оборота. Другой способ - это подсчёт количества оборотов при помощи встроенной в энкодер электроники. Такой способ не требует усложнения конструкции, но требует обеспечения бесперебойной подачи питания на энкодер – чтобы информация о количестве подсчитанных оборотов сохранялась даже при выключении или пропадании питания. В настоящее время это часто реализуется при помощи подключения аккумулятора.
Двоичный код и код Грэя
В оптических энкодерах положение определяется (в простейшем случае) путём считывания сигналов на нескольких дорожках. Каждой дорожке соответствует свой датчик, который выдаёт соответствующий сигнал являющийся одним из разрядов двоичного кода. Если при считывании значение хотя бы одного из разрядов искажается, то значение, передаваемое двоичным кодом, при этом тоже будет передано с ошибкой. Величина этой ошибки зависит от того в каком из битов двоичного кода она произошла. При искажении в старших битах кода ошибка будет больше (единицы старших битов двоичного кода), при ошибке в меньших битах – ошибка будет меньше (единицы младших битов двоичного кода). В энкодерах, выполненных по другим технологиям, двоичный код появляется в результате обработки сигнала с первичных датчиков, но и в этом случае сформированный двоичный код подвержен сбоям и помехам. Последствия в обоих случаях совпадают. Для того чтобы предотвратить возникновение больших ошибок в двоичном коде при единичных сбоях вместо двоичного кода можно использовать код Грея. Он отличается от двоичного кода тем, что два любых соседних значения кода (отличающихся на единицу) будут отличаться только в одном бите. Поэтому даже при возникновении сбоев возникающая ошибка не будет превышать единицы младшего разряда кода.
А – Код Грея, B – двоичный код.
Как выбрать энкодер?
Для того чтобы выбранный энкодер успешно решал задачи, возлагаемые на него в системе, куда он установлен, при выборе нужно обращать внимание на его основные параметры.
Разрешение. Интерфейс. Технология. Конструкция. Условия работы.
Области применения абсолютных энкодеров
Изделия широко применяются в современных сложных технических системах. Вот лишь некоторые примеры:
Робототехника
Станки и обрабатывающие центры
Протезы и экзоскелеты
Двухкоординатные устройства наведения для оптического и телекоммуникационного оборудования
Автоматизированные тестовые и измерительные системы
