3.5.3. Инкрементные энкодеры
В инкрементных энкодерах используют конструкцию, аналогичную показанной на рис. 3.14, однако счетный диск имеет, как правило, лишь одну дорожку, на которой прозрачные и непрозрачные участки чередуются. И соответственно вместо линейки фотодетекторов используют лишь 1 или 2 фотодетектора – в зависимости от того, возможно вращение диска лишь в одном или в обоих направлениях. На рис. 3.14, а показано взаимное расположение счетного диска 1, блока фотодетекторов 2 и светового зонда 3 от светодиода. Если диск 1 может вращаться лишь в одном направлении, то достаточно одного фотодетектора. На выходе сенсора будет формироваться последовательность импульсов с периодом, обратно пропорциональным скорости вращения диска. Появление следующего импульса свидетельствует о повороте диска на угол 360 / , где – количество пар непрозрачных и прозрачных участков на диске.
Рис. 3.14. К объяснению принципа действия инкрементного энкодера
Если диск может вращаться в обоих направлениях, и информация об этом важна, то блок 2 состоит из двух фотодетекторов 4 и 5, размещенных вдоль дорожки на расстоянии меньше, чем ширина прозрачного или непрозрачного участка. Выход сенсора в этом случае является двухканальным. На выходе А формируются импульсы от фотодетектора 4, а на выходе Б – от фотодетектора 5. Если диск 1 вращается против часовой стрелки, то импульсы на выходе А появляются чуть раньше, чем импульсы на выходе Б ( рис. 3.14, б ). При вращении диска по часовой стрелке порядок появления импульсов – обратный ( рис. 3.14, в ).
Иногда на счетном диске делают дополнительное прозрачное окошко на соседней дорожке (одно на всю дорожку) и ставят еще один фотодетектор, сигнал от которого выводят на дополнительный канал синхронизации. Этот канал используют для фиксации начала отсчета и для компенсации погрешностей, которые могут накапливаться при большом числе оборотов.
Для механического соединения вала углового энкодера с контролируемым механизмом используют специальные соединители, которые, с одной стороны, точно передают поворот практически без люфта, и вместе с тем, благодаря гибкости, гасят биения валов как поперек, так и вдоль оси вращения. Это требуется для защиты прецизионных подшипников и оптоэлектронных деталей.
На рис. 3.15 показаны примеры абсолютных и инкрементных энкодеров, которые выпускаются промышленностью.
Рис. 3.15. Некоторые промышленные абсолютные и инкрементные энкодеры
Их внешний диаметр составляет 50-60 мм, количество импульсов, которые выдаются за один полный оборот – от 2 до 32768, максимальная рабочая скорость вращения – от 3000 об./мин до 12000 об./мин.
3.5.4. Интеллектуальные тахометры
Угловые энкодеры ныне все чаще применяют совместно с интеллектуальными электронными модулями. Такие сенсоры называют "интеллектуальными тахометрами" (http://www.wachendorff.de/ie_pdf_files/imi.pdf). На входы такого небольшого устройства поступает от энкодера последовательность импульсов, которую в реальном времени быстро обрабатывает микропроцессор. Он подсчитывает общее число импульсов, пришедших от инкрементного энкодера, начиная от указанного момента времени. А зная угол поворота, который соответствует одному импульсу, тахометр мгновенно вычисляет угловое положение контролируемого объекта в любой момент времени, может запоминать всю динамику вращения с заданной дискретностью.
Получая импульсы от двухканальных инкрементных энкодеров, интеллектуальный тахометр при вычислении текущего углового положения может учитывать и смену направления вращения. По временным интервалам между поступлением импульсов микропроцессор может вычислить мгновенную угловую скорость. Он может также определять среднюю угловую скорость за определенный интервал времени, минимальные и максимальные значения величин и т.п., – всё, что нужно пользователю.
Во многих машинах, механизмах, транспортных средствах, станках, производственных системах вращательное движение кинематически жестко связанно с линейными перемещениями. Это и не удивительно: ведь почти во всех двигателях исходным является именно вращательное движение. Поэтому сенсоры углового перемещения часто применяют для измерения и линейных перемещений. Интеллектуальные тахометры легко пересчитывают в таких случаях угловые координаты в линейные, скорости вращения – в линейные скорости, значение допустимых координат линейных перемещений в значение предельных углов поворота или в допустимое число оборотов.