Codificator optic: funcționare, tipuri, interfețe și aplicațiile sale

Encoderul este un dispozitiv de detectare a mișcării care oferă feedback într-un sistem de control în buclă închisă . Funcția principală a unui codificator este de a schimba mișcarea de rotație sau mișcarea liniară a unei părți a dispozitivului într-un semnal electric, după care transmite sistemului de control, prin utilizarea unui encoder, locația precisă a componentelor dispozitivului, viteza de rotație sau direcția acestuia. iar unghiul & nr. ale transformărilor arborelui motor pot fi recunoscute. Există diferite tipuri de codificatoare disponibile pe piață, care sunt clasificate în funcție de tipul de tehnologie, mișcare, diferiți parametri, etc. Encoderele bazate pe mișcare sunt clasificate în liniare, rotative și unghiulare. Codificatoarele bazate pe poziție sunt clasificate în codificator absolut și codificator incremental . Codificatoarele bazate pe tehnologia de detectare sunt clasificate în optice, magnetice și capacitive. Codificatoarele bazate pe canal sunt clasificate în un singur canal și în cuadratura. Acest articol discută o prezentare generală a unuia dintre tipurile de codificatori și anume codificator optic – lucrul și aplicațiile sale.

Ce este codificatorul optic?

Un dispozitiv electromecanic care este utilizat pentru a schimba poziția de la rotativ sau liniar la un semnal electric folosind o sursă de lumină, un rețea optic și un detector fotosensibil este cunoscut sub numele de codificator optic. Aceste codificatoare sunt utilizate pe scară largă în diferite mașini-unelte, echipamente de birou și ca senzori de control al poziției de înaltă precizie în roboții industriali.

Design encoder optic

Codificatorul optic este proiectat cu un LED, senzori foto și un disc cunoscut sub numele de roată de cod, care include fante în direcția radială și detectează datele de poziție rotativă ca semnal optic. Odată ce o roată codificată conectată la un arbore rotativ, cum ar fi un motor, se învârte, va fi generat un semnal optic în funcție de faptul dacă lumina produsă de un element emițător de lumină permanent trece prin fanta unei roți de cod sau nu. Senzorul foto observă semnalul optic și îl transformă într-un semnal electric și îl emite.

Dispozitiv emițător de lumină

În codificatoarele optice, sunt utilizate LED-uri IR ieftine, deși uneori, LED-uri colorate cu lungimi de undă mai scurte sunt utilizate pentru a conține difuzia luminii. În plus, diode laser costisitoare sunt utilizate acolo unde sunt necesare rezoluție înaltă și performanță ridicată.

Obiectiv

Lumina LED este lumină difuză printr-o directivitate mică, astfel încât o lentilă convexă este folosită pentru a face paralele.

Roata de cod

Roata de codare arată ca un disc care include fante care permit sau blochează lumina emisă de dioda electro luminiscenta . Roata de codare este realizată din metal, sticlă și rășină. Aici, materialul metalic este puternic împotriva umidității și vibrațiilor temperaturii.

Materialul de rășină nu este scump, dar adecvat pentru producția de masă și utilizat pentru aplicații bazate pe consumator. Materialul de sticlă este utilizat în principal acolo unde sunt necesare rezoluție și precizie maxime. În plus, o fantă fixă ​​este aranjată lângă roata de cod pentru a clarifica trecerea sau blocarea luminii de la LED-urile care trece prin roata de cod și intră în elementul de colectare a luminii.

Senzor foto

Un fotosenzor este în mod normal un fototranzistor/fotodiodă realizată din material semiconductor precum siliciu, germaniu și indiu fosfură de galiu.

Cum funcționează codificatorul optic?

Un encoder optic detectează pur și simplu semnalele optice care trec prin fantă și le transformă în semnale electrice. În comparație cu codificatorul magnetic, acest codificator este foarte simplu de îmbunătățit precizia și rezoluția de utilizat în aplicații unde este produs un câmp magnetic puternic. Codificatorul optic permite diferite controlere pentru măsurarea diferitelor tipuri de mișcare. Aceste encodere oferă semnale de feedback foarte precise utilizate pentru verificarea poziției, accelerației și vitezei actuale a motorului sau a actuatorului liniar.

Encoder optic Arduino

Aici vom învăța cum să conectăm un encoder optic rotativ folosind arduino uno . Acesta este un dispozitiv mecanic cu un arbore rotativ într-o carcasă cilindrică. Pe un disc circular plat, există două seturi de sloturi. Pe orice parte a acestui disc, senzorii optici sunt conectați acolo unde setul emițător este pe o parte și receptorul trimis pe cealaltă parte. Ori de câte ori discul cu fante se învârte între senzor, atunci îl taie senzor optic , deci semnalul va fi produs la capetele receptorului. Aici, receptorul este conectat la un microcontroler pentru procesarea semnalului generat, în acest mod putem identifica cât de mult se rotește arborele. Direcția de rotație a arborelui poate fi determinată prin simpla comparare a polarității semnalului pentru două o/ps, deoarece cele două seturi de fante de pe discul circular sunt la un anumit decalaj.

Interfața codificatorului optic cu Arduino este prezentată mai jos. Componentele necesare pentru această interfață includ în principal un encoder optic, placa Arduino Uno și fire de conectare. Conexiunile acestei interfețe urmează ca;

• Firul de culoare roșie al acestui encoder este conectat la pinul de 5V al lui Arduino Uno.
• Firul de culoare neagră al acestui encoder este conectat la pinul GND al Arduino Uno.
• Firul de culoare albă (OUT A) al unui encoder optic este conectat la pinul de întrerupere a lui Arduino Uno, cum ar fi Pin-3.
• Firul de culoare verde (OUT B) al acestui encoder este conectat la celălalt pin de întrerupere a lui Arduino Uno, cum ar fi Pin-2.

Aici firele de ieșire de la codificatorul optic, cum ar fi firele de culoare albă și verde, ar trebui conectate numai la pinul de întrerupere a plăcii Arduino Uno, dacă nu placa Arduino nu va înregistra fiecare impuls de la acest encoder.

Cod

temperatură lungă volatilă, contor = 0; //Această variabilă va crește sau scade în funcție de rotația codificatorului
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // pinul intern de intrare pullup 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pinul 3 de intrare pentru pullup internเป็น
//Se configurează întreruperea
//Un impuls în creștere de la coddenren activat ai0(). AttachInterrupt 0 este DigitalPin nr 2 pe Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B puls în creștere de la encodenren activat ai1(). AttachInterrupt 1 este DigitalPin nr 3 pe Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Trimite valoarea counter
if( counter != temp ){
Serial.println (contor);
temp = contor;
}
}
void ai0() {
// ai0 este activat dacă DigitalPin nr 2 trece de la LOW la HIGH
// Verificați pinul 3 pentru a determina direcția
if(digitalRead(3)==LOW) {
contor++;
}altfel{
tejghea-;
}
}
void ai1() {
// ai0 este activat dacă DigitalPin nr 3 trece de la LOW la HIGH
// Verificați cu pinul 2 pentru a determina direcția
if(digitalRead(2)==LOW) {
tejghea-;
}altfel{
contor++;
}
}
Odată ce codul de mai sus este încărcat pe placa Arduino Uno, apoi deschideți monitorul serial și întoarceți arborele codificatorului optic. Dacă rotiți codificatorul optic în sensul acelor de ceasornic atunci puteți observa creșterea valorii și dacă rotiți acest encoder în sens invers acelor de ceasornic atunci valoarea va fi scăzută. Dacă valoarea arată invers înseamnă a da o valoare negativă pentru o mișcare în sensul acelor de ceasornic. Deci, puteți inversa firele albe și verzi.

Tipuri de codificatoare optice

Codificatoarele optice sunt disponibile în două tipuri de tip transmisiv și tip reflectiv, care sunt discutate mai jos.

Tip transmisiv

Într-un codificator optic de tip transmisiv, senzorul foto observă dacă semnalul luminos emis de diodele emițătoare de lumină trece sau nu prin fanta roții de cod. Principalele beneficii ale unui codificator optic de tip transmisiv includ; îmbunătățește acuratețea semnalului cu ușurință și dezvoltarea simplă datorită benzii optice destul de simple.

Tip reflectorizant

Într-un codificator optic de tip reflectorizant, senzorul foto observă dacă semnalul luminos emis de dioda emițătoare de lumină este reflectat sau nu prin roata de cod. Avantajele codificatoarelor optice de tip reflectorizant includ în principal; este simplu de miniaturizat și subțire. Deoarece acestea sunt proiectate prin tehnica de stivuire; atunci procedura de asamblare poate fi simplificată.

Encoder optic Vs Encoder magnetic

Diferența dintre un encoder optic și un encoder magnetic include următoarele.

Avantaje și dezavantaje

The Avantajele unui encoder optic includ următoarele.

• Codificatorul optic îmbunătățește cu ușurință acuratețea, precum și rezoluția prin dezvoltarea formei fantei, deoarece are un mecanism pentru a observa dacă lumina LED-ului trece sau nu prin fantă.
• Acest encoder nu este afectat de câmpul magnetic din apropiere.
• Aceste codificatoare oferă cele mai înalte rezoluții.
• Acestea sunt mai rezistente la interferența zgomotului electric de la curenții turbionari.
• Aceste codificatoare au opțiuni de montare flexibile.

The dezavantajele codificatoarelor optice includ următoarele.

• Principalul dezavantaj al acestui codificator este că: nu este puternic mecanic.
• Aceste codificatoare au un disc subțire de sticlă care poate fi deteriorat de șocuri extreme sau vibrații severe.
• Aceste codificatoare depind de „linia vizuală”, deci sunt vulnerabile în principal la murdărie, ulei și praf.
• Discurile optice din acest encoder sunt în mod normal proiectate fie din plastic, fie din sticlă, astfel încât există mai multe șanse de a fi deteriorate de la temperaturi extreme, vibrații și contaminare.

Aplicații

The aplicatii ale codificatoarelor optice includ următoarele.

• Aceste codificatoare sunt ideale pentru aplicațiile care au nevoie de un nivel ridicat de precizie și acuratețe.
• Acestea sunt folosite acolo unde se produce un câmp magnetic puternic.
• Este aplicabil în dispozitivele care utilizează motoare cu diametru mare.
• Acești codificatori ajută la detectarea semnalelor optice care trec prin fantă și le transformă în semnale electrice.
• Aceste codificatoare sunt foarte utile în măsurarea și controlul mișcării de rotație într-o gamă largă de aplicații, cum ar fi spectrometre, echipamente de laborator, centrifuge, dispozitive medicale, sisteme de scanare CT etc.
• Acești encodere sunt utilizați în aplicații bazate pe cuplu ridicat în zone extrem de restrânse.
• Acestea sunt utilizate în dispozitivele de inspecție programabile.
• Acestea sunt utilizate în echipamente comerciale sau industriale.
• Acestea sunt utilizate în echipamentele de dozare chimică.

1). De ce se folosesc codificatoarele optice?

Codificatoarele optice îmbunătățesc cu ușurință precizia, precum și rezoluția în comparație cu encoderul magnetic. Deci acestea pot fi folosite oriunde este creat un câmp magnetic puternic.

2). Care este ieșirea unui encoder optic?

Ieșirea codificatorului optic este un impuls electronic care este folosit ca „ceas” pentru eșantionarea datelor.

3). Care este rezoluția unui encoder optic?

Rezoluția unui encoder optic este de 20k impulsuri pentru fiecare rotație a roții care este utilizată pentru calculele odometriei.

4). De ce sunt mai bune codificatoarele decât potențiometrele?

Codificatoarele se pot roti într-o direcție similară pentru o perioadă nedeterminată, în timp ce un potențiometru rotește în mod normal o singură rotație.

5). Ce tip de codificator este utilizat pe scară largă în robotică?

Codificatoarele optice sunt utilizate în robotică pentru a înregistra măsurători absolute sau incrementale.

Aceasta este o privire de ansamblu asupra unei optice codificator – tipuri , interfața, funcționarea și aplicațiile. Codificatoarele optice folosesc lumină care este trecută prin sticlă și identificată printr-un receptor. Aceste tipuri de codificatoare sunt componente foarte precise și foarte necesare în diverse sisteme mecanice din multe industrii pentru a oferi informații precise de feedback. Iată o întrebare pentru tine, ce este un encoder liniar?