Принцип работы инкрементального энкодера

07.02.2022

Содержание:

1. Определение
2. Конструкция
3. Принцип действия
4. Технические характеристики
5. Преимущества
6. Сфера применения
7. Как выбрать инкрементальный энкодер

Энкодер представляет собой специальный датчик, преобразующий угловое перемещение в электрический сигнал. Существует 2 основных типа энкодеров: инкрементальные и абсолютные. В этой статье разберем принцип действия инкрементальных энкодеров, а также их конструкцию, виды, сферы применения и преимущества.

Энкодер

Инкрементальный энкодер также называется импульсным или пошаговым. Связано это с тем, что при вращении он формирует на выходе последовательность электрических импульсов. Подсчитывая сигналы с помощью вторичного-счетного устройства, можно делать выводы о скорости и направлении вращения, количестве полных оборотов, угловом перемещении.

Конструкция инкрементального энкодера

Рассмотрим основные элементы любого инкрементального энкодера на примере BAUMER BDK 06.24K200-L5-5:

• Вал - подразделяется на полый и сплошной. Например, энкодер Baumer, представленный на рисунке, имеет сплошной вал.
• Фланец - может быть квадратным, синхронным и зажимным. На приведенном примере датчик имеет зажимной фланец.
• Кодовый диск - располагается внутри датчика и имеет на своей поверхности специальные метки. Количество этим меток называют дискретностью устройства - от этого параметра зависит, сколько импульсов будет на выходе за один полный оборот. Диск датчика, рассмотренного в качестве примера, имеет 200 рисок и соответственно дискретность его равна 200 импульсам за один оборот.
• Измерительный датчик - сенсор, который срабатывает при попадании в его чувствительную зону метки кодового диска. Датчики подразделяются по типу действия. Самыми популярными являются магнитные и оптические. В рассматриваемом энкодере используется оптический датчик.

Также любой датчик имеет в своей конструкции подшипники, электрическую плату, разъем для подключения кабеля.

Принцип действия инкрементального энкодера

Рассмотрим работу оптического энкодера на примере модели RVI50N-09B от PEPPERL+FUCHS. Диск датчика имеет 2500 меток, которые представляют собой сквозные отверстия. Датчик состоит из оптического излучателя и фотоприемника, установленных четко друг напротив друга.

Когда диск находится в движении, то происходит постоянное прерывание оптического луча. Это приводит к срабатыванию датчика и формированию электрических импульсов на выходе.

У рассматриваемого энкодера на выходе формируются следующие типы сигналов:

• А и В - два смещенных относительно друг друга сигнала, по ним можно определить направление вращения. Например, если фаза В отстоит от А, то вращение происходит в одну сторону, а если наоборот, то в другую.

• А и В – инвертированные сигналы, также их называют дифференциальными. Используются в качестве контрольного канала для улучшения ка
  чества передачи сигнала и снижения возможности ошибки.
• Референтная метка 0 или Z – это нулевая точка, сигнал для которой формируется только 1 раз за полный оборот. Считывая сигналы с канала А или В относительно этой точки, можно вычислять точное угловое положение вала.

У магнитных энкодеров, например ELTRA EMI38F100S5/28P6X6PR, на диске нанесена магнитная шкала, на которой попеременно располагаются разноименные полюса. Считывающий элемент реагирует на изменение полюса, за счет чего формируется последовательность сигналов на выходе.

Основные технические параметры

Любой инкрементальный энкодер обладает следующим набором характеристик:

• Питающее напряжение - обычно используется от 4 до 30 VDC.
• Принцип действия - оптический и магнитный. Преимущества каждого из видов рассмотрено ниже.
• Дискретность или разрешение - количество оборотов за импульс. Чем больше оборотов, тем энкодер точнее. Например, датчик BAUMER BHF 1P.05A80000-B2-5 имеет разрешение 80000 имп/оборот.
• Максимальная скорость вращения - количество полных оборотов в минуту, при которых энкодер выдает импульсы без пропусков.
• Защитное исполнение корпуса - защита от влаги и пыли. В международной классификации IP.
• Присоединительные размеры - диаметр вала и его тип: полый или сплошной.
• Тип электрического подключения - встроенный кабель или разъем.
• Эксплуатационные характеристики - диапазон рабочей температуры, влажность, допустимые механические нагрузки и т.п.

Все вышеперечисленные параметры можно найти в документации на энкодеры или у нас на сайте в разделе “характеристики”.

Например, инкрементальный энкодер Pepperl+Fuchs RVI50N-09BK0A3TN-2500 имеет следующие параметры:

• Питающее напряжение: 5 VDC.
• Принцип действия: Оптический.
• Разрешение: 2500 импульсов на оборот.
• Максимальная скорость вращения: 10000 оборотов в минуту.
• Защитное исполнение корпуса: IP 50.
• Присоединительные размеры: сплошной вал длинной 15 мм и диаметром 8 мм.
• Тип электрического подключения: встроенный 5-ти жильный кабель длиной 0.5 м.
• Эксплуатационные характеристики:
  • Рабочая температура: -20 ... 70 ° C для кодового диска из стекла.
  • Нагрузка на вал: радиальная 50 Н и осевая 30 Н.

Преимущества инкрементальных энкодеров

Инкрементальный энкодер - это отличное решение для задач контроля угловых скоростей и перемещений. Разберем ключевые преимущества каждого из типов:

Оптические

• Высокое разрешение.
• Простая конструкция.
• Низкая стоимость.
• Достаточно высокая точность.

Магнитные

• Высокое разрешение.
• Прочная и долговечная конструкция.
• Высокая точность.
• Надежность.
• Устойчивость к механическим воздействиям и вибрации.
• Менее требовательны к соосности при монтаже

При этом не стоит забыть про ограничение инкрементальных энкодеров, которое заключается в узком рабочем диапазоне температур. Так, оптические устройства работают в диапазоне от -20 до +70 °C. Магнитные устройства имеют более широкий диапазон от -100 до + 125 ° C. Также оптические устройства менее прочны, и могут выйти из строя из-за сильного механического внешнего воздействия или постоянной вибрации.

Сферы применения знкодеров инкрементального  типа 

Чтобы понять, где применяется инкрементальный тип энкодеров, следует помнить, что эти устройства выдают последовательность импульсов при вращении. Это вводит одно важное условие: в момент включения инкрементальный энкодер не может показать текущее положении вала. В этом заключается главное его отличие от абсолютного типа датчика.

С нюансом разобрались, теперь определимся какие задачи может решать инкрементальный энкодер и в каких сферах деятельности человека это востребовано.

Энкодер решает выполняет следующие функции:

• Измеряет скорость вращения - чем больше импульсов приходит на вторичное устройство, тем выше скорость. Чтобы вычислить число оборотов в минуту необходимо подсчитать количество импульсов за одну минуту и разделить его на разрешение датчика. Для более точных измерений необходимо производить расчет от нулевой точки.
• Контроль правильности вращения - при наличии двух смещенных сигналов А и В.
• Угловое перемещение - для этого в начале работы требуется установить вал на нулевую точку. Например, для энкодера с разрешение 1000 об/мин, поворот на 180° будет равняться 500 импульсам от нулевой точки.

Решение вышеперечисленных задач востребовано в отраслях, где требуется высокоточное позиционирование, перемещение и регулирование скорости вращения различных устройств, например:

• Станочное оборудование.
• Робототехнические комплексы.
• Лифтовое оборудование.
• Грузоподъемные сооружения и краны.
• Фасовочные и производственные линии.

И многое другое.

Как подобрать инкрементальный энкодер

Подбор оптимальной модели энкодера для решения вашей задачи следует доверить профессионалам с многолетним опытом в сфере обеспечения производств средствами контроля и измерения. Для этого вы можете обратиться за бесплатной консультацией к нашим специалистам. Они ответят на все вопросы и подберут модель датчика, точно подходящую под ваше применение, без лишнего функционала, который только увеличивает стоимость устройства.

Если вы осуществляете подбор датчика самостоятельно, то следует учесть следующее:

• Точность измерений - этот параметр зависит от разрешения энкодера. При этом следует учитывать максимально возможную частоту считывания сигнала устройствами, имеющимися у вас на предприятии.
• Скорость вращения контролируемого оборудования - должна быть меньше, чем максимальная скорость энкодера. Иначе показания будут недостоверными, а подшипниковый узел датчика быстро выйдет из строя.
• Условия эксплуатации - наличие вибраций в рабочей зоне, пыли и влаги, температура. Ответы на эти вопросы определят тип инкрементального энкодера и его защитное исполнение.
• Определить способ технологического присоединения - энкодеры могут поставляться вместе с аксессуарами, которые заметно упрощают монтаж устройства.
• Типы выходных сигналов — это зависит от решаемой задачи, если требуется лишь контроль скорости, то хватит одного сигнала А.

Подписывайтесь на наши обновления: