Изучение принципов работы датчиков вращения

Датчик угла или преобразователь угол-код, также называемый энкодером, это устройство, предназначенное для преобразования поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол поворота. Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, и могут иметь очень высокое разрешение. Энкодеры могут быть основаны на оптических, резистивных, или магнитных датчиках.

Инкрементальныеэнкодеры генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. При остановке вала прекращается также передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов с момента старта. Для вычисления угловой скорости объекта выполняется дифференцирование количества импульсов по времени, в результате чего получается число оборотов в минуту. Выходной сигнал передается по двум каналам, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга, что позволяет определять направление вращения. Имеется также цифровой выход нулевой метки, позволяющий рассчитать абсолютное положение вала в любой момент.

Абсолютные энкодеры, как оптические, так и магнитные, основаны на подсчете шагов, или уникальных кодов за один оборот, а также количества оборотов, при этом не требуется ни первичная установка, ни инициализация датчика. Абсолютные энкодеры не теряют позицию при исчезновении напряжения. Наиболее распространённые типы выходного сигнала — код Грея, параллельный код, а также интерфейсы Profibus-DP, 33

CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также может осуществляться программирование датчиков. Оптическиеэнкодеры имеют закреплённый соосно с валом стеклянный диск с нанесенной прецизионной оптической шкалой. При вращении объекта информация считывается оптопарой, а электроника преобразует её в последовательность дискретных электрических импульсов. Абсолютные оптические энкодеры - это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код. Наряду с числом оборотов, этот код является основным рабочим параметром датчика. Магнитные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.

Существуют также механическиеэнкодеры, содержащие диск из диэлектрика с проводящими участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов. Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.