Энкодеры: зачем они нужны и как выбрать

Чтобы гарантировать, что точный объем инсулина доставляется каждой помпой медицинского инфузионного устройства или что роботизированная рука, используемая в производственной сборке, перемещается в точную точку в нужное время, электродвигатель должен быть объединен с энкодером.

Датчик вращения или вала — это электромеханическое устройство, которое предоставляет информацию о положении, счетчике, скорости и направлении двигателя и подключается к приложению с помощью управляющего устройства, такого как программируемый логический контроллер (ПЛК). ПЛК использует информацию энкодера, широко известную как «обратная связь», для обеспечения точной точности управления двигателем.

Энкодерные технологии

Два основных типа энкодеров известны как инкрементальные и абсолютные. Инкрементальные энкодеры определяют обратную связь в реальном времени и отслеживают точное движение, связанное с изменениями положения и направления, а не с привязкой к конкретной точке. Они достигают этого, обеспечивая обратную связь об относительном перемещении между положениями с непрерывными импульсами обратной связи высокого и низкого уровня. Абсолютные энкодеры показывают точное положение, однако их повышенная сложность делает их более дорогими и означает, что инкрементальные энкодеры более рентабельны для большинства приложений. Добавление интерфейса инкрементального энкодера, такого как интеграционная схема для конкретного приложения (ASIC), также может добавить возможность точного задания позиции.

Датчик энкодера обычно работает по оптическому или магнитному принципу. Оптические кодеры пропускают инфракрасный свет, излучаемый светодиодом, через металлическое кодовое колесо, состоящее из прозрачных и непрозрачных сегментов, которые создают отчетливые световые сигналы, принимаемые оптоэлектронными датчиками. Эта технология означает, что оптические энкодеры могут обеспечивать очень точное и точное позиционирование. Помимо высокой точности, на измерения оптического кодировщика, такого как E9 Portescap, не влияют потенциальные магнитные помехи.

Между тем, магнитный кодировщик содержит намагниченный диск с несколькими полюсами по окружности. Когда диск вращается, датчики обнаруживают изменение магнитного поля, например, измеряемое устройствами на эффекте Холла, которые отслеживают изменение напряжения. Магнитные энкодеры, такие как Portescap MR2, идеально подходят для использования в приложениях с высокими требованиями, которые могут включать в себя возможность удара или проникновения. Магнитный энкодер MR2, например, нечувствителен к температуре и имеет низкую чувствительность к нежелательным внешним полям.

Как работает кодировщик

Когда энкодер вращается, он генерирует два выходных сигнала прямоугольной формы, A и B, которые обычно на 90 градусов не совпадают по фазе друг с другом. Измеряя фазовый сдвиг выходов A и B, можно определить направление энкодера. Чтобы измерить расстояние перемещения или скорость, необходимо также учитывать разрешение энкодера. Разрешающая способность — это количество точек измерения в пределах одного вращения вала на 360 градусов, также известное как рабочий цикл или период. Как правило, чем больше количество точек, называемых линиями на оборот (LPR) или импульсами на оборот (PPR), тем выше точность измерения. Например, магнитный энкодер M-Sense от Portescap имеет до 1024 линий на оборот в компактной конструкции.

Каждый выход, A и B, переключается между высоким и низким. Таким образом, два бита информации создают в четыре раза больше отсчетов для каждой строки или импульса, и это известно как квадратурное декодирование. Таким образом, квадратурное декодирование может увеличить разрешение до четырех раз, например, превратив 512 строк кодера Portescap MR2 в 2048 отсчетов или угловых шагов. В дополнение к двум каналам А и В, выходной третий канал, Z, иногда включается, которые могут быть использованы для определения базисной позиции.

Где используются энкодеры

Понимая, как энкодеры обеспечивают обратную связь для управления двигателем, мы можем увидеть, насколько их использование имеет решающее значение в различных приложениях. Если взять наш первоначальный пример введения инсулина, система доставки лекарств требует, чтобы точное количество лекарства отпускалось с заданной скоростью, а кодировщик используется для подтверждения доставки точной дозы. Этот пример также показывает, как большее количество линий для увеличения разрешения кодировщика может помочь обеспечить точность для наиболее требовательной скорости потока.

Роботизированный захват можно использовать, например, в производстве для обработки относительно хрупких компонентов. Это ключ к тому, чтобы использовать правильное давление и скорость для правильного обращения с компонентом, чтобы избежать его повреждения. Благодаря энкодеру, функция роботизированного захвата оптимизируется за счет управления движением скорости и положения его двигателя, специфичного для каждого компонента, с которым он работает.

Точно так же приложения для захвата и размещения, используемые при сборке электронного оборудования, требуют высокоскоростного управления движением для быстрого и многократного определения размера и веса компонентов печатной платы и их точной установки. Энкодеры обеспечивают этот высокоскоростной и высокоточный контроль для обеспечения производительности и качества производства.