Принцип роботи енкодера

Енкодер являє собою прилад, який використовується для контролю технологічних процесів і вимірювань. Пристрій перетворює рух в послідовність цифрових імпульсів. Останні можуть бути використані для обчислення відносних або абсолютних координат. Кутовий енкодер є найбільш поширеним видом. Поряд з кутовими енкодер на ринку вимірювальних пристроїв представлені і лінійні енкодери.

У конструкцію кутових енкодерів входять:

1) Диск, для виготовлення якого як правило використовуються скло або пластик. На диску є затемнені і прозорі ділянки, які пропускають випромінювання, що випускається джерелом світла або інфрачервоними випромінювачами. У більшості випадків ці прозорі і затемнені ділянки розташовані на доріжках диска радіально (рис. 2).

2) Оптичний датчик (це можуть бути фототранзистори або фотоелементи), який генерує цифрові імпульси в результаті проходження або непроходження світла від джерела через секції на диску, який обертає вал.

За типом конструкції енкодери класифікуються на абсолютні і інкрементні (відносні).

Конструкція диска абсолютного енкодера показана на малюнку 2. Цей енкодер видає числа, які відповідають N кількості секцій на диску. Наприклад, якщо на диску є 4 доріжки, то він буде включати в себе 16 неповторяющихся по положенню ділянок з радіальним дозволом 22,5 градусів (360/16 = 22,5). Таке розташування затемнених і прозорих ділянок дозволяє одержати не дуже точні дані, проте є зручним для прикладу. Очевидно, що точність буде збільшуватися з великою кількістю доріжок.

На диску з 8 доріжками можна розташувати 256 ділянок, які дають радіальне дозвіл 1,406 градусів.

Повернемося до прикладу з 4 доріжками. Найбільш поширеним числовим кодуванням, які використовують абсолютні енкодери, є бінарний або циклічний двійковий код, показаний на малюнку нижче. На ньому можна побачити зображений у формі прямокутника диск. У нижній частині цього малюнка показаний перетворений фотоелементами світло.

Дані таблиці демонструють взаємозв'язок кутового зміщення і вихідних даних енкодера. Зверніть увагу на те, що циклічний двійковий код був підібраний таким чином, щоб від одного сектора до іншого змінювався тільки один біт.

Коли в бінарному коді змінюється більше ніж один біт, з'являється ймовірність отримання коефіцієнта невизначеності. Причиною цього може бути той факт, що деякі ділянки на диску були піддані змінам, а деякі - ні.

Інкрементний енкодер (відносний) має більш простий дизайн в порівнянні з конструкцією, яку має абсолютний енкодер. Базова конструкція передбачає наявність лише двох доріжок на диску і двох датчиків, що мають два виходи - A і B канали. У деяких випадках може бути використаний і третій канал, який називається індексним. За один оборот він дає один імпульс.

На малюнку 5 видно, що диск сконструйований таким чином, щоб 1 канал випереджав інші на ¼ обертання. Напрямок обертання визначається за допомогою моніторингу співвідношення імпульсів, що генеруються кожним з каналів, а швидкість - частоти цих імпульсів.
Вимірювання імпульсів і радіальне дозвіл диска дозволяють визначити кут повороту. Третій канал в інкрементного енкодер може виявитися корисним для визначення вихідного положення енкодера і підрахунку кількості повних обертів.