Что такое инкрементальный кодер?

Что такое инкрементальный энкодер?

Энкодер — это тип электронного компонента, который использует датчик для определения величины, направления и угла механического движения и выводит их в виде электрических сигналов.

Энкодеры делятся на инкрементальные и абсолютные, в зависимости от метода определения.

Инкрементальный энкодер — это энкодер, который может измерять величину изменения положения/вращения после включения питания. Абсолютный энкодер может определять абсолютное положение/вращения от начала координат даже после выключения питания.

С инкрементальным энкодером абсолютное положение не может быть определено, если только не будет выполнена операция возврата в исходное положение после выключения питания. Разница между инкрементальными энкодерами и абсолютными энкодерами заключается в том, требуется ли это возврат в исходное положение или нет.

Применение инкрементальных энкодеров

Инкрементальные энкодеры используются в качестве детекторов положения/скорости в различных машинах, включая:

• Станки
• Оборудование для производства полупроводников
• Мобильные роботы и автоматически управляемые транспортные средства
• Лифты
• Автомобили

Инкрементальные энкодеры часто используются как компонент двигателей. Энкодер определяет направление и угол поворота вращающегося вала и использует эту информацию для управления положением и скоростью двигателя.

Принцип инкрементальных энкодеров

1. Метод инкрементального энкодера

Инкрементальные энкодеры делятся на оптические и магнитные в зависимости от принципа электрического обнаружения.

• Оптический энкодер
  Источник света, такой как светодиод, пропускается через щель. Импульс источника света, проходящий через щель, обнаруживается светоприемным элементом. Этот метод характеризуется высокой точностью и совместимостью с сильными магнитными полями.
• Магнитный энкодер
  Постоянный магнит прикреплен к концу вращающегося вала. Магнитное поле обнаруживается элементом Холла и преобразуется в угол поворота. Он устойчив к средам, подверженным вибрации, ударам и пыли.

2. Конфигурация оптического инкрементального энкодера и принцип определения положения

Принцип определения положения инкрементальных энкодеров поясняется на примере оптического энкодера.

Оптический энкодер в основном состоит из излучателя света, приемника света и диска (шкалы).

На диске (шкале) выгравирована щель. При вращении диска свет, излучаемый излучателем света, многократно проходит через щель и блокируется ею, тем самым генерируя световые импульсы на фотодатчике. Количество выходных импульсов соответствует количеству перемещения щели, а количество перемещения можно определить по количеству подсчитанных импульсов.

Щель гравирована тремя типами щелей: фаза-A, фаза-B и фаза Z. Светоприемный элемент обнаруживает эти три типа импульсов.

• A-фаза, B-фаза
  Количество щелей определяет разрешение энкодера; B-фаза смещена относительно A-фазы на четверть цикла (90°).
• Фаза Z
  Количество оборотов энкодера можно подсчитать, обнаружив импульсы фазы Z.

Рисунок 1. Конфигурация оптического инкрементального энкодера

Существует два типа энкодеров: линейные энкодеры, которые обнаруживают линейное движение, и вращающиеся энкодеры, которые обнаруживают углы поворота. На рисунке 1 в качестве примера используется вращающийся энкодер, но сам принцип тот же самый для линейного энкодера.

В вращающемся энкодере щели гравируются на диске в форме диска, тогда как в линейном энкодере щели гравируются на прямоугольной шкале, похожей на линейку.

3. Принцип определения направления вращения для инкрементальных энкодеров

Направление вращения FWD/REV можно определить по порядку нарастающих фронтов импульсов фазы A и B.

При вращении FWD нарастающие фронты импульсов фазы A и B следующие:

Фаза A → Фаза B → Фаза A → Фаза B → …

Фаза A→Фаза B→Фаза A→Фаза B→…

Рисунок 2. Порядок обнаружения фаз A и B во время вращения вперед

В режиме REV нарастающие фронты импульсов фаз A и B следующие:

Фаза B → Фаза A → Фаза B → Фаза A → …

Фаза B -> Фаза A -> Фаза B -> Фаза A -> …

Рисунок 3. Порядок обнаружения фаз A и B во время обратного вращения

Поскольку фазы A и B смещены на 1/4 цикла, направление вращения можно определить по порядку нарастающих фронтов соответствующих импульсов.

Другая информация об инкрементальных энкодерах

Основные характеристики инкрементальных энкодеров

Основные характеристики, которые можно использовать в качестве индикатора при выборе инкрементального энкодера, следующие:

• Разрешение
  Количество импульсов на оборот.
• Источник питания
  Источник питания для работы энкодера.
• Фаза выходного сигнала
  Существует два типа: один, который выводит фазы A, B и Z, и другой, который выводит фазы A и B.
• Выход Форма
  Форма выходного импульса, например, открытый коллектор, выход линейного драйвера и т. д. Некоторые энкодеры выводят положение через последовательную связь.
• Допустимая скорость
  Это верхний предел скорости вращения, который может обнаружить энкодер.