Как устроены оптические энкодеры. Какие бывают виды оптических энкодеров. Где применяются оптические энкодеры в промышленности. Каковы преимущества и недостатки оптических энкодеров.
Что такое оптический энкодер и как он устроен
Оптический энкодер — это устройство для преобразования механического движения (обычно вращения) в электрические сигналы. Основные компоненты оптического энкодера:
- Источник света (обычно светодиод)
- Кодовый диск с прорезями или прозрачными/непрозрачными участками
- Фотоприемник (фотодиод или фототранзистор)
- Электронная схема обработки сигналов
Принцип работы оптического энкодера основан на прерывании светового потока прорезями на вращающемся диске. Когда свет проходит через прорезь, фотоприемник генерирует электрический импульс. Анализируя последовательность этих импульсов, можно определить угол поворота, скорость и направление вращения вала.
Основные типы оптических энкодеров
Существует два основных типа оптических энкодеров:
1. Инкрементальные энкодеры
Инкрементальные энкодеры выдают последовательность импульсов при вращении вала. Они позволяют определить:
- Угол поворота (по количеству импульсов)
- Скорость вращения (по частоте импульсов)
- Направление вращения (по сдвигу фаз между двумя каналами)
Однако после отключения питания инкрементальный энкодер «теряет» информацию об абсолютном положении вала.
2. Абсолютные энкодеры
Абсолютные энкодеры выдают уникальный код для каждого углового положения вала. Их преимущества:
- Сохранение информации о положении при отключении питания
- Отсутствие необходимости в поиске референтной метки
- Высокая надежность, т.к. каждое положение кодируется независимо
Однако абсолютные энкодеры обычно дороже и сложнее инкрементальных.
Конструктивные особенности оптических энкодеров
При разработке оптических энкодеров инженеры сталкиваются с рядом технических проблем:
- Рассеивание света от светодиода — решается использованием фокусирующих линз
- Нечеткие границы светлых/темных участков — применяются специальные маски
- Механические деформации диска — используются жесткие материалы (стекло, металл)
- Загрязнение оптических элементов — требуется надежная герметизация
Для повышения разрешающей способности применяются различные методы, например, электрическая интерполяция сигналов или использование дифракционных решеток.
Области применения оптических энкодеров
Оптические энкодеры широко используются в промышленности и робототехнике для точного определения положения и скорости. Основные сферы применения:
- Системы ЧПУ станков
- Сервоприводы и шаговые двигатели
- Промышленные роботы
- Лифты и подъемные механизмы
- Медицинское оборудование
- Измерительные приборы
Оптические энкодеры особенно эффективны в условиях, требующих высокой точности позиционирования и контроля скорости.
Преимущества и недостатки оптических энкодеров
Оптические энкодеры обладают рядом достоинств:
- Высокая точность и разрешающая способность
- Широкий диапазон измерения скоростей
- Нечувствительность к электромагнитным помехам
- Отсутствие механического износа (в бесконтактных версиях)
К недостаткам можно отнести:
- Чувствительность к загрязнениям и вибрациям
- Возможные проблемы в условиях высокой влажности
- Относительно высокая стоимость (особенно для абсолютных энкодеров)
При выборе типа энкодера для конкретного применения необходимо учитывать эти факторы.
Перспективы развития оптических энкодеров
Современные тенденции в развитии оптических энкодеров включают:
- Повышение разрешающей способности и точности
- Миниатюризация конструкции
- Интеграция с цифровыми интерфейсами (Ethernet, Profibus и др.)
- Использование новых материалов для повышения надежности
- Разработка интеллектуальных энкодеров с функциями самодиагностики
Эти инновации позволят расширить области применения оптических энкодеров и повысить их эффективность в промышленных системах управления.
Сравнение оптических энкодеров с другими типами датчиков положения
Помимо оптических энкодеров, для определения положения и скорости вращения используются и другие типы датчиков. Рассмотрим их основные особенности:
Магнитные энкодеры
Магнитные энкодеры используют эффект Холла или магниторезистивный эффект для определения положения. Их преимущества:
- Высокая устойчивость к загрязнениям и вибрациям
- Компактные размеры
- Низкая стоимость
Недостатки: меньшая точность по сравнению с оптическими энкодерами, чувствительность к внешним магнитным полям.
Резольверы
Резольверы — это электромеханические датчики, работающие по принципу вращающегося трансформатора. Их особенности:
- Высокая надежность в тяжелых условиях эксплуатации
- Устойчивость к высоким температурам и радиации
- Аналоговый выходной сигнал
Недостатки: меньшая точность и разрешающая способность по сравнению с оптическими энкодерами, необходимость в специальных схемах обработки сигнала.
Индуктивные энкодеры
Индуктивные энкодеры используют изменение индуктивности при вращении металлического ротора. Их преимущества:
- Простая и надежная конструкция
- Устойчивость к загрязнениям и вибрациям
- Возможность работы в агрессивных средах
Недостатки: ограниченная разрешающая способность, чувствительность к электромагнитным помехам.
Выбор типа датчика зависит от конкретных требований применения, условий эксплуатации и бюджета. Оптические энкодеры остаются оптимальным выбором для задач, требующих высокой точности и разрешающей способности.
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте) — цена, купить в интернет-офисе КИП-Сервис- Техническая поддержка
- Видео
- Статьи
- Библиотеки EPLAN
- Цены и документация
- Контакты
Документация и ПО
4 файла, 785 KB
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит.
Цена с НДС:
6 836
Кол-во:
Характеристики товара
Энкодеры
| Размер корпуса | 40 |
| Тип вала | Цельный вал 6мм мм |
| Тип выходного сигнала | TTL 5V (Инкрементальный), HTL 5…24V (Инкрементальный), Push-Pull (Инкрементальный) |
| Разрешение | 1024 |
| Напряжение питания | =5…24В |
| Подключение | Угловой кабельный ввод |
| Тип | Оптический |
29 KB»>
Аксессуары к этому товару
| Фото | Описание | Цена с НДС | Кол-во | Наличие |
|---|---|---|---|---|
PRI 50AR6 HLD 2000 Z V3 2M5R SL-TS
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп. =50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте) | 9 520 | |||
| PRI 50AR6 HLD 2500 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте) | 9 520 | |||
| Plastic Coupling 6*6 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=6мм) | 639 | |||
| Plastic Coupling 6*8 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=8мм) | 639 | |||
| Plastic Coupling 6*10 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=10мм) | 639 | |||
| Metal Spring Coupling 6*6 Муфта присоединительная (пружина, D1=6мм, D2=6мм) | 1 918 | |||
| Metal Coupling 6*6 Муфта присоединительная (металл, D1=6мм, D2=6мм) | 1 279 | |||
| Metal Coupling 6*8 Муфта присоединительная (металл, D1=6мм, D2=8мм) | 1 279 |
Показано 10 из 8
Наверх
При добавлении товара возникла ошибка.
Пожалуйста, повторите попытку чуть позже.
OK
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте) — цена, купить в интернет-офисе КИП-Сервис- Техническая поддержка
- Видео
- Статьи
- Библиотеки EPLAN
- Цены и документация
- Контакты
Документация и ПО
4 файла, 1 MB
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит.
=5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)
Цена с НДС:
6 800
Кол-во:
Характеристики товара
Энкодеры
| Размер корпуса | 50 |
| Тип вала | Цельный вал 6мм мм |
| Тип выходного сигнала | TTL 5V (Инкрементальный), HTL 5…24V (Инкрементальный), Push-Pull (Инкрементальный) |
| Разрешение | 500 |
| Напряжение питания | =5…24В |
| Подключение | Угловой кабельный ввод |
| Тип | Оптический |
204 KB»>
Аксессуары к этому товару
| Фото | Описание | Цена с НДС | Кол-во | Наличие |
|---|---|---|---|---|
PRI 50AR6 HLD 2000 Z V3 2M5R SL-TS
Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп. =50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте) | 9 520 | |||
| PRI 50AR6 HLD 2500 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте) | 9 520 | |||
| Plastic Coupling 6*6 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=6мм) | 639 | |||
| Plastic Coupling 6*8 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=8мм) | 639 | |||
| Plastic Coupling 6*10 Муфта присоединительная (пластик, D1=6мм, D2=10мм) | 639 | |||
| Metal Spring Coupling 6*6 Муфта присоединительная (пружина, D1=6мм, D2=6мм) | 1 918 | |||
| Metal Coupling 6*6 Муфта присоединительная (металл, D1=6мм, D2=6мм) | 1 279 | |||
| Metal Coupling 6*8 Муфта присоединительная (металл, D1=6мм, D2=8мм) | 1 279 |
Показано 10 из 8
Наверх
При добавлении товара возникла ошибка.
Пожалуйста, повторите попытку чуть позже.
OK
Оптический энкодер | THE INSTRUMENT GURU
Содержание
Что такое оптический энкодер-Оптический энкодер — это датчик, обычно используемый для измерения скорости вращения. Он состоит из вала, соединенного с круглым диском с одной или несколькими дорожками чередующихся прозрачных и непрозрачных сфер. Источник света и оптический датчик установлены на противоположных сторонах дорожки. Когда вал вращается, датчик света излучает серию импульсов, поскольку источник света прерывается узорами на диске. Этот выходной сигнал может быть прямо пропорционален цифровой схеме. Количество выходных импульсов за один оборот диска является известным числом, поэтому количество выходных импульсов в секунду можно напрямую преобразовать в скорость вращения вала (или оборотов в секунду) и обычно использовать в приложениях управления скоростью двигателя.
Конструкция-
Оптический энкодер состоит из светоизлучающего устройства (СИД), фотодатчиков и диска, называемого кодовым колесом, с отверстиями в радиальном направлении и обнаруживает информацию о положении вращения в виде оптического импульсного сигнала.
Когда кодовое колесо, прикрепленное к вращающемуся валу, такому как двигатель, вращается, генерируется оптический импульс в зависимости от того, проходит ли свет, излучаемый фиксированным светоизлучающим элементом, через отверстие кодового колеса или нет. Фотодатчик обнаруживает оптический импульс, преобразует его в электрический сигнал и выводит его. Светоизлучающие устройства, используемые в оптических энкодерах, обычно представляют собой недорогие инфракрасные светодиоды, но иногда используются цветные светодиоды с более короткими длинами волн для подавления рассеяния света, а также используются лазерные диоды. в приложениях, требующих высокой производительности. Кодовое колесо представляет собой диск с отверстиями для пропуска/блокирования света, излучаемого светодиодом.
Кодовое колесо изготовлено из металла, стекла и смолы. Металл отличается высокой устойчивостью к температуре и вибрации, влажности и используется в промышленной сфере. Смола дешева и подходит для массового производства, а также используется для потребительских целей.
Материал кодового колеса Стекло используется в приложениях, где требуется высокое разрешение и точность. Кроме того, в месте, обращенном к кодовому колесу, может быть размещено фиксированное отверстие, чтобы уточнить прохождение/блокировку света, проходящего через кодовое колесо и попадающего в светоприемный элемент.
Инкрементный оптический энкодер состоит из двух дорожек, сдвинутых по фазе друг от друга на 90 градусов, что дает два выхода. Относительная фаза между двумя каналами показывает, вращается ли энкодер по часовой стрелке или против часовой стрелки. Часто имеется третья дорожка, которая генерирует один индексный импульс для указания абсолютного опорного положения. В противном случае инкрементальный энкодер выдает только информацию об относительном положении. Схема интерфейса или компьютер должны отслеживать абсолютное положение.
Цифровой тахометр- Цифровой тахометр , часто называемый оптическим энкодером или просто энкодером, представляет собой устройство для преобразования механических данных в электрические.
Вал энкодера вращается и выдает выходной сигнал, пропорциональный расстоянию (то есть углу), на которое повернут вал. Выходной сигнал может быть прямоугольной или синусоидальной формы или может обеспечивать абсолютное положение. Таким образом, энкодеры делятся на два основных типа: абсолютные энкодеры и инкрементальные энкодеры. Абсолютный энкодер назначает уникальный адрес для каждого положения вала на 360°. В этом типе энкодера используются контактные (щеточные) или бесконтактные методы определения положения. Однако инкрементальный энкодер выдает либо импульсы, либо синусоидальный выходной сигнал при повороте на 360°. Таким образом, цифры расстояния получаются путем подсчета этой информации.
Абсолютный оптический энкодер состоит из нескольких дорожек, каждая из которых имеет свой шаблон, для создания выходного двоичного кода, уникального для каждой закодированной позиции. Для каждого выходного бита имеется одна дорожка, поэтому 8-битный полный кодировщик имеет 8 дорожек, 8 выходов и 256 комбинаций выходов для разрешения 360/256 = 1,4°.
Кодирование не всегда является простым шаблоном двоичного подсчета, так как оно приводит к подсчету смежности, когда многие биты изменяются одновременно, что увеличивает вероятность возникновения шума и ошибок чтения. Часто используется код Грея, поскольку он создает шаблон, в котором каждый смежный счет приводит к изменению только одного бита. Полный энкодер обычно намного дороже, чем сопоставимый инкрементальный энкодер. Его основным преимуществом является возможность сохранять абсолютную информацию о состоянии даже при отключении питания системы.
Оптические энкодеры делятся на два типа в зависимости от их структуры. Это «пропускающий тип», в котором светоизлучающее устройство (СИД) и фотодатчик расположены между кодовым колесом, и «отражающий тип», в котором светодиод и фотодатчик расположены с одной стороны, а кодовое колесо отражает свет. . Тип передачи, фотодатчик — это устройство, используемое для определения наличия или отсутствия объекта, который определяет, проходит ли свет, излучаемый светодиодом, через отверстие в кодовом колесе или нет.
Преимущество заключается в том, что точность сигнала легко улучшить, а благодаря относительно простому оптическому пути его можно легко развить. Отражающий тип, когда свет, излучаемый светодиодом, отражается кодовым колесом, тогда фотодатчик обнаруживает.
Разрешение оптического энкодера в основном определяется количеством щелей в кодовом колесе. Следовательно, необходимо увеличить количество щелей в кодовом колесе для достижения более высокого разрешения, но уменьшить площадь каждой щели, чтобы быть совместимым с миниатюризацией энкодера.
В результате для сборки компонентов требуется высокая точность, и где-то достигаются физические ограничения.
Для дальнейшего улучшения разрешения существует метод «электрической интерполяции» фазы А и фазы В выходного сигнала с использованием псевдосинусоидального сигнала вместо импульсного сигнала.
Таким образом, оптический энкодер может реализовать высокое разрешение и высокую точность за счет оптимизации структуры светодиода, кодового диска, фотодатчика и т.
д. и уменьшения искажения псевдосинусоидальной волны.
- Простота повышения точности и разрешения по сравнению с магнитным энкодером, простота использования
- Низкая стоимость обратной связи
- Невосприимчивость к интерфейсу
- Вариант гибкого монтажа
используется для сервоуправления и управления двигателями с полым валом, которые требуют высокой точности, а также на него не влияет окружающее магнитное поле, их применение в условиях сильного магнитного поля генерируется, его можно использовать. Таким образом, он используется в устройствах, которые используют двигатели большого диаметра и используются в приложениях с относительно низкой надежностью и низким разрешением.
Чтобы узнать больше по следующим темам, нажмите на отдельные ссылки ниже-
- Что такое энкодер?
- Типы кодирования
- Датчик приоритета
- Кодер и декодер
- Значение кодировки на хинди
- Различные типы устройств отображения
- Цифровая электроника
Как работают оптические энкодеры.
..Понимание того, как работают оптические энкодеры, особенно поворотные энкодеры, может помочь вам устранить (и понять) проблемы с энкодерами на ваших буровых установках.
Во-первых, основы:
Практически все оптические энкодеры работают по одному и тому же принципу. Светодиод (обычно инфракрасный) светит через кодирующий диск с линиями, которые прерывают луч света на фотодатчик. (Некоторые редкие отражают свет от отражающего диска энкодера со светлыми/темными областями вместо того, чтобы пропускать свет, но другие принципы энкодера идентичны).
Но это не так просто, как пропустить луч через диск энкодера в реальном мире и получить прямоугольную последовательность импульсов на выходе.
Световые лучи светодиодов расходятся или рассредоточиваются, поэтому на датчике оптического энкодера будут множиться «нечеткие» тени. Датчик энкодера хочет видеть четкие включения/выключения, когда линии проходят перед светодиодным лучом энкодера. Чтобы начать решать эту проблему, производители энкодеров добавляют линзы поверх светодиода.
Это делает световые лучи почти параллельными.
Диск энкодера содержит линии, которые прерывают луч. Опять же, в идеале производитель энкодера хочет, чтобы линии были как можно более четкими, чтобы на датчике энкодера производились четкие переходы от темного к светлому и от светлого к темному. Производители энкодеров уже много лет используют стеклянные энкодеры в энкодерах станков. Линии могут быть нанесены на стеклянный диск с большой точностью. Однако стеклянные диски энкодера имеют серьезные проблемы с долговечностью в тяжелых условиях, таких как бурение нефтяных скважин. Поэтому производители оптических поворотных энкодеров для промышленного применения перешли на металлические диски с протравленными отверстиями, пластиковые диски или сверхармированное стекло.
Каждый из этих типов поворотных энкодеров имеет ограничения. Диск энкодера из суперармированного стекла по-прежнему стеклянный и может выйти из строя под воздействием сильных ударов и вибрации при сверлении или других тяжелых условиях.
Пластиковые диски энкодера изгибаются под действием вибрации, что может привести к ошибкам в измерении скорости или положения. Металлические диски энкодера также могут гнуться, а крошечные отверстия диска энкодера могут забиваться пылью или мусором.
Говоря о пыли и мусоре, они являются огромной проблемой для всех оптических энкодеров, независимо от типа диска. Они могут блокировать свет, как линия на диске поворотного энкодера, вводя в заблуждение сенсорную систему энкодера. Это создает ошибки скорости для инкрементальных энкодеров и ошибки положения для абсолютных энкодеров.
Вода? Кто-то сказал жидкости? Единственная капля жидкости на диске поворотного энкодера действует как линза, преломляющая свет. Теперь положение энкодера измеряется неточно. Что еще хуже, если оптический энкодер нагревается, влага может испариться! Теперь неисправный квадратурный энкодер снова заработал!
Теперь давайте посмотрим, что происходит на другой стороне диска поворотного энкодера.
На этой стороне диска энкодера в большинстве оптических поворотных энкодеров находится «маска», представляющая собой набор линий, точно соответствующих диску. Пропуская свет через маску энкодера, переходы включения/выключения становятся более резкими. (Опять же, цель оптических энкодеров — четко различать светлые и темные области для точного измерения движения).
Затем свет падает на набор фотодетекторов энкодера. Обычно это кремниевые полупроводниковые элементы, тесно связанные с солнечными элементами. Больше света позволяет течь большему количеству электронов; темнота препятствует потоку электронов. Вот изображение фотоэлемента; К сожалению, в этом энкодере вращающийся диск задел датчик энкодера, разрушив его и оставив видимый след.
Таким образом, несмотря на все усилия по созданию четких переходов от света к темноте, вы можете подумать, что выходной сигнал фотодатчика энкодера будет прямоугольным, как показано на первом рисунке выше. Но это не так — это синусоидальная (и косинусоидальная) волна.
Производители большинства поворотных энкодеров добавляют схемы компараторов для создания прямоугольных импульсов в квадратурных энкодерах. инкрементальные энкодеры.
Теперь выход компараторов почти готов для использования заказчиком. Большинство производителей инкрементальных энкодеров добавляют к выходу микросхему линейного драйвера. Микросхема драйвера линии энкодера предназначена для обеспечения дифференциального квадратурного выхода (A, A/, B, B/), обеспечения достаточной мощности для передачи сигнала энкодера по длинным проводам и защиты энкодера от ошибок проводки.
Большинство поворотных энкодеров теперь также добавляют импульс маркера с дополнительным сигналом, называемым (Z и Z/), индексом или многими другими названиями. Для получения дополнительной информации о сигналах поворотного энкодера и информации о проводке энкодера см. наш блог о предотвращении сбоев энкодера.
Абсолютные поворотные оптические энкодеры аналогичны оптическим поворотным инкрементным энкодерам, но у них больше линий и больше датчиков.
