Кодовые датчики положения преобразуют линейное или угловое перемещение объекта в цифровой код. Рассмотренные ниже кодовые датчики называют также аналого-цифровыми преобразователями пространственного кодирования.
На рис. 9.6а приведена функциональная схема канала передачи одного (i-го) разряда цифровой информации о положении объекта, характеризуемого координатой х. Элементы, входящие в состав датчика, пронумерованы от 1 до 6.
| Рис. 9.6. Функциональная схема информационного канала кодового датчика (а) и временные диаграммы, поясняющие его действие (б) |
В зависимости от конструкции датчика деталь 2 (пластина или диск) с окном совершает линейное (пластина по вертикали) или угловое (диск относительно оси О-О′) перемещение х, вызванное перемещением контролируемого объекта. При определенном положении пластины 2 (диска) световой поток от светодиода 1 попадает через окно на фотодиод 3, который является чувствительным элементом усилителя 4. По сигналу с усилителя 4 импульсный элемент (компаратор) 5 формирует прямоугольный импульс, длительность τ которого зависит от скорости изменения х, пока на интервале времени (t′,t′+τ) фотодиод 3 освещен светодиодом 1 через окно пластины (диска) 2. Требуемый уровень выходного сигнала (напряжения) создается усилителем 6. Временные диаграммы, поясняющие преобразование х в логическую переменную уi, показаны на рис. 9.6б. Выходная переменная уi=1, когда координата х положения объекта удовлетворяет условию х′<х < х′′. Если это условие не выполняется, то уi=0.
На рис. 9.7а показана кодовая пластина (с горизонтальными дорожками), с помощью которой формируется обычный четырехразрядный код.
Слева от пластины показано расположение неподвижных излучающих элементов – светодиодов. Сверху от пластины пронумерованы от 0 до 15 позиции относительного расположения подвижной пластины и неподвижных светодиодов. Предполагаем в данном случае, что кодовая пластина перемещается влево, занимая такие промежуточные положения, характеризуемые координатой х, при которых неподвижные излучающие элементы находятся за пластиной. Например, позиции 5 соответствует положение пластины, при котором окна первой и третьей сверху дорожек открыли световой поток для соответствующих фотоприемников (фотодиодов). Через вторую и четвертую дорожки световые потоки не проходят к соответствующим фотоприемникам.
| Рис. 9.7.. Изобразительная модель кодовой пластины (а) и входы-выходы N=4-разрядного кодового датчика (б) |
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
| Преобра- зователь аналог-код |
Верхняя дорожка определяет нулевой разряд у0 числа у3у2у1у0, представляемого в двоичной системе счисления. Вторая дорожка сверху определяет первый разряд у1 и т.д. Так, позиции 5 (можно считать х=5) соответствует число 0101.
Наибольшее распространение получили преобразователи аналог-код (рис. 9.7б), выполненные в виде кодирующего диска с фотоэлектрической (оптической) системой считывания. Границы дорожек с окнами у кодового диска представляют собой окружности. Внешняя дорожка определяет нулевой разряд числа в двоичной системе счисления. Ближайшей к центру диска дорожке соответствует максимальный N-1 разряд N-разрядного кода. Максимальный угол поворота диска (диапазон изменения входного сигнала х) составляет 360О.
Для уменьшения ошибок считывания применяют специальные методы кодирования, различающиеся расположением окон на дорожках. Например, применяется циклический код (код Грея), который сводит ошибку к единице младшего разряда.
Энкодеры
Энкодер (англ. rotaryencoder) представляет собой устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. По-существу энкодер представляет собой датчик угла поворота, формирующий на выходе импульсный цифровой код.
По способу выдачи информации энкодеры подразделяют на инкрементные (накапливающие или можно встретить название «инкрементальные») и абсолютные (позиционные).
Инкрементный энкодер используется, когда нет необходимости сохранять информацию об абсолютном положении объекта после выключении энкодера. Если вновь включить инкрементный энкодер, то отсчет угла поворота начнется с нуля, а не с угла, на который он был выставлен до момента выключения. В энкодерах этого типа используются счетчики импульсов, формируемых в процессе поворота объекта. Поэтому инкрементные энкодеры используются для определения скорости вращения.
Абсолютный энкодер выдает цифровой код, различный для каждого положения объекта (см. п. 9.2.4). Он позволяет определить угол поворота в случае исчезновения и восстановления питания. Поэтому при возникновении такого случая нет необходимости в возвращении объекта в исходное положение, чтобы правильно производить отсчет угла поворота.
По принципу действия энкодеры подразделяют на оптические, резистивные, магнитные индуктивные, механические. По допустимому углу поворота вала – на с ограниченным по углу диапазоном работы и с неограниченным по углу диапазоном работы.
