Энкодер используется во многих промышленных, производственных и бытовых приложениях. Однако далеко не все знают, что это за прибор и какие функции он выполняет. Ниже подробно разберем, что такое энкодер, где применяется, и какие есть разновидности приборов. Также расскажем об основных правилах выбора устройств.
Что такое энкодер
Энкодер представляет собой измерительный преобразователь. За счет наличия в конструкции диска с отверстиями, а также датчика и контроллера он может преобразовывать угол поворота вращающегося объекта в цифровые или аналоговые сигналы. То есть, когда диск вращается, датчик считывает отверстия и отправляет данные на контроллер. Контроллер преобразует их в код, который можно использовать для определения угла поворота. Также с помощью энкодера можно измерять скорость и направление вращения.
Где применяют
Энкодеры применяются в различных областях, включая робототехнику, промышленность, автомобилестроение и системы автоматизации. Они являются неотъемлемой частью:
- станочного оборудования;
- систем высокоточного позиционирования;
- контрольно-измерительных устройств;
- производственных линий.
Также преобразователи применимы в электроприводах, манипуляторах, конвейерах и прочих приложениях, где нужно точно определять позицию объекта или какого-то конкретного узла. Главными преимуществами датчиков угла выступают экономия, высокая надежность и хорошее разрешение.
Какие есть разновидности энкодеров
В зависимости от принципа работы и конструкции выделяют несколько типов энкодерных датчиков. Среди основных:
- инкрементальные;
- абсолютные;
- оптические;
- механические.
Каждая из этих разновидностей обладает как преимуществами, так и недостатками. Чтобы определиться с тем, какой энкодерный датчик лучше всего подходит для решения той или иной задачи, следует разобраться в особенностях каждой из разновидностей.
Инкрементальный
Принцип работы инкрементного энкодера заключается в генерации выходного сигнала при каждом повороте вала на определенный угол. Разрешение данного типа энкодеров определяется количеством выходных сигналов за один оборот вала. После отключения питания инкрементный энкодер требует повторной настройки. При включении данный тип энкодеров начинает отсчет с нуля, не учитывая предыдущее положение объекта.
В конструкции каждого такого энкодера есть несколько компонентов:
- источник света;
- диск с метками;
- фототранзисторная сборка;
- схемы обработки сигнала.
Среди преимуществ выделяют высокую функциональность, за счет чего устройства можно использовать практически во всех приложениях и для решения любых задач. Также среди плюсов выделяют простоту использования, экономичность и хорошую масштабируемость. Однако устройства требуют непрерывной обработки входных сигналов, а для корректного измерения требуется постоянно возвращать устройство в изначальное положение.
Датчики такого типа широко применимы в медицине, например, в больничных койках с подъемным механизмом. Их используют в самодвижущихся роботах и серводвигателях.
Абсолютный
Датчик угловых и линейных перемещений такого типа лишен минусов инкрементальных энкодеров. Информация с него идет в виде многоразрядного уникального цифрового кода. Благодаря этому датчик выдает точное значение положения. Происходит это за счет использования оптического, магнитного или емкостного датчика для считывания уникального кода со шкалы, которая вращается вместе с валом.
К основным преимуществам абсолютных энкодеров относят:
- точное и непрерывное определение положения без необходимости настройки;
- сохранность данных даже при перебоях с электропитанием;
- помехоустойчивость;
- многофункциональность;
- легкую масштабируемость.
Главные недостатки абсолютных датчиков — высокая цена по сравнению с инкрементальными энкодерами и сложность обработки сигнала на выходе. Поэтому эти датчики применяют только в сложной технике. Например, они получили широкое применение в экзоскелетах и высокотехнологичных протезах, в робототехнике. Нередко выступают частью оптического и телекоммуникационного оборудования, систем автоматизации.
Оптический
Конструктивно устройства оптического типа похожи на инкрементальные модели. В конструкции имеется оптический диск, светоизлучающий диод и фотодетектор, который улавливает пучок света. Фотоэлектрические датчики обладают повышенной чувствительностью, точностью, отличаются долговечностью. Также есть магнитные модели, но они не столь популярны.
Оптический энкодер — один из ключевых компонентов многих технологических систем. Они нашли применение в промышленности, например, используются в промышленных роботах и на конвейерных лентах. Не менее часто встречаются в автомобильной отрасли. Оптические датчики угла определяют положение колес, руля и педалей, что чаще всего встречается в автомобилях с современными системами автоматизации.
Механический энкодер
Механические датчики угла состоят из вращающегося вала и неподвижных контактов. Преобразователи, которые из-за наличия подвижных элементов в конструкции не обладают достаточной надежностью и живучестью, считаются морально устаревшими. Со временем точность и чувствительность механических энкодеров значительно снижается.
Как подключать датчики угла
При работе с энкодерами важно следовать всем указаниям, предоставленным производителем. Сначала необходимо собрать начальную конфигурацию, используя инструкцию от производителя, затем подключить осциллограф к выводам A и B. Затем осуществляется подключение энкодера, сначала поворачивая его по часовой стрелке, а после против. Это изменит порядок замыкания контактных пластин, который меняется в зависимости от направления вращения. Оборудование подключают трех- или шестипроводной схемой.
При подключении энкодера важно соблюсти следующие условия:
- использовать оригинальные кабели, рекомендованные компанией-изготовителем;
- применять резервное питание;
- подключать высокоточные датчики только к источникам, в которых не применяются реле питания и прочие датчики
Энкодеры способны функционировать в разных условиях благодаря наличию различных типов сенсоров. Они позволяют использовать устройства как в чистых производственных помещениях, так и в загрязненных и влажных средах.
Выбираем датчики угла перемещений
При выборе датчика угла перемещений следует обратить особое внимание на следующие моменты:
- особенности установки — заранее определите, где будет стоять устройство, например, снаружи или внутри помещения;
- разновидность датчика — выбирайте прибор только с теми функциями, которые реально будут задействованы для выполнения поставленных задач;
- сигнал на выходе — порой от его характеристик зависит качество дальнейшей обработки данных, поэтому определить подходящий тип выходного сигнала очень важно;
- разрядность — это количество импульсов за один оборот, обычно разрешение составляет 1024 за один оборот.
При выборе разрешения важно учесть скорость вращения вала электродвигателя. Убедитесь, что программное обеспечение датчика способно генерировать сигналы с требуемой скоростью. И помните — паспортные разрешения датчика должны соответствовать частоте вращения вала двигателя.