Оптичен енкодер: работа, типове, интерфейс и неговите приложения

Енкодерът е устройство за откриване на движение, което осигурява обратна връзка в рамките на a система за управление със затворен цикъл . Основната функция на енкодера е да промени въртеливото движение или линейното движение на част от устройството в електрически сигнал, след което той доставя на системата за управление, чрез използване на енкодер, точното местоположение на компонентите на устройството, скоростта на въртене или нейната посока и ъгълът & не. на трансформациите на вала на двигателя могат да бъдат разпознати. На пазара има различни видове енкодери, които се класифицират въз основа на типа технология, движение, различни параметри и т.н. Енкодерите, базирани на движение, се класифицират на линейни, въртящи се и ъглови. Енкодерите въз основа на позицията се класифицират в абсолютен енкодер и инкрементален енкодер . Енкодерите, базирани на сензорна технология, се класифицират на оптични, магнитни и капацитивни. Енкодерите, базирани на канала, се класифицират на едноканални и квадратурни. Тази статия обсъжда общ преглед на един от видовете енкодери, а именно оптичен енкодер – работа и нейните приложения.

Какво е оптичен енкодер?

Електромеханично устройство, което се използва за промяна на позицията от въртяща се или линейна към електрически сигнал чрез използване на източник на светлина, оптична решетка и фоточувствителен детектор, е известно като оптичен енкодер. Тези енкодери се използват широко в различни машинни инструменти, офис оборудване и като високопрецизни сензори за контрол на позицията в индустриални роботи.

Дизайн на оптичен енкодер

Оптичният енкодер е проектиран със светодиод, фотосензори и диск, известен като кодово колело, включително процепи в радиална посока и открива данни за въртяща се позиция като оптичен сигнал. След като кодово колело, свързано към въртящ се вал като мотор, се завърти, тогава ще се генерира оптичен сигнал въз основа на това дали светлината, произведена от постоянен светлоизлъчващ елемент, преминава през процепа на кодовото колело или не. Фотосензорът забелязва оптичния сигнал и го променя в електрически сигнал и го извежда.

Устройство за излъчване на светлина

В оптичните енкодери се използват евтини инфрачервени светодиоди, въпреки че понякога се използват цветни светодиоди с по-къси дължини на вълната, за да задържат дифузията на светлината. Освен това, скъпи лазерни диоди се използват, когато са необходими висока разделителна способност и висока производителност.

Лещи

LED светлината е дифузна светлина чрез малка насоченост, така че се използва изпъкнала леща, за да се направи паралел.

Кодово колело

Кодовото колело изглежда като диск, включващ процепи, който позволява или блокира излъчваната светлина от светодиод . Кодовото колело е направено с материали от метал, стъкло и смола. Тук металният материал е здрав срещу температура, влажност и вибрации.

Смолистият материал не е скъп, но е подходящ за масово производство и се използва за потребителски приложения. Стъкленият материал се използва главно там, където са необходими максимална разделителна способност и прецизност. Освен това близо до кодовото колело е разположен фиксиран прорез, за ​​да се изясни преминаването или блокирането на светлината от LED преминава през кодовото колело и отива в елемента за събиране на светлина.

Сензор за снимки

Фотосензорът обикновено е фототранзистор/фотодиод, направен от полупроводников материал като силиций, германий и индиев галиев фосфид.

Как работи оптичният енкодер?

Оптичният енкодер просто открива оптичните сигнали, които преминават през процепа, и ги променя в електрически сигнали. В сравнение с магнитния енкодер, този енкодер е много лесен за подобряване на точността и разделителната способност за използване в приложения, където се създава силно магнитно поле. Оптичният енкодер позволява различни контролери за измерване на различни видове движение. Тези енкодери предлагат много прецизни сигнали за обратна връзка, използвани за проверка на действителната позиция, ускорение и скорост на двигателя или линейния задвижващ механизъм.

Оптичен енкодер Arduino

Тук ще научим как да свържете оптичен въртящ се енкодер с помощта на arduino uno . Това е механично устройство с въртящ се вал в цилиндричен корпус. На кръгъл плосък диск има два комплекта слотове. От която и да е страна на този диск са свързани оптични сензори, където комплектът предавател е от едната страна, а изпратеният приемник е от другата страна. Всеки път, когато прорезният диск се завърти между сензора, той прерязва оптичен сензор , така че сигналът ще бъде произведен в краищата на приемника. Тук приемникът е свързан към микроконтролер за обработка на генерирания сигнал, по този начин можем да идентифицираме колко се върти валът. Посоката на въртене на вала може да се определи чрез просто сравняване на полярността на сигнала за два o/ps, тъй като двата комплекта прорези на кръглия диск са на известно изместване.

Интерфейсът на оптичния енкодер с Arduino е показан по-долу. Необходимите компоненти за този интерфейс включват главно оптичен енкодер, платка Arduino Uno и свързващи проводници. Връзките на това взаимодействие следват както следва;

• Червеният проводник на този енкодер е свързан към 5V щифта на Arduino Uno.
• Черният проводник на този енкодер е свързан към GND щифта на Arduino Uno.
• Проводникът с бял цвят (OUT A) на оптичен енкодер е свързан към прекъсващия щифт на Arduino Uno като Pin-3.
• Зеленият проводник (OUT B) на този енкодер е свързан към другия прекъсвач на Arduino Uno като Pin-2.

Тук изходните проводници от оптичния енкодер като бели и зелени цветни проводници трябва да бъдат свързани само към щифта за прекъсване на платката Arduino Uno, ако не платката на Arduino няма да записва всеки импулс от този енкодер.

Код

летлива дълга температура, брояч = 0; //Тази променлива ще се увеличава или намалява в зависимост от въртенето на енкодера
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // вътрешен издърпващ входен щифт 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // вътрешен เป็น входен щифт 3
//Настройване на прекъсване
//Нарастващ импулс от encodenren активира ai0(). AttachInterrupt 0 е DigitalPin № 2 на Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B нарастващ импулс от encodenren активиран ai1(). AttachInterrupt 1 е DigitalPin № 3 на Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Изпращане на стойността на брояча
if(брояч!= temp){
Serial.println (брояч);
temp = брояч;
}
}
void ai0() {
// ai0 се активира, ако DigitalPin nr 2 преминава от LOW към HIGH
// Проверете пин 3, за да определите посоката
if(digitalRead(3)==LOW) {
брояч++;
}друго{
брояч–;
}
}
void ai1() {
// ai0 се активира, ако DigitalPin nr 3 преминава от LOW към HIGH
// Проверете с щифт 2, за да определите посоката
if(digitalRead(2)==LOW) {
брояч–;
}друго{
брояч++;
}
}
След като горният код бъде качен в платката Arduino Uno, отворете серийния монитор и завъртете вала на оптичния енкодер. Ако завъртите оптичния енкодер по посока на часовниковата стрелка, тогава можете да забележите увеличение на стойността и ако завъртите този енкодер в посока, обратна на часовниковата стрелка, тогава стойността ще бъде намалена. Ако стойността показва обратно означава даване на отрицателна стойност за движение по посока на часовниковата стрелка. Така че можете да обърнете белия и зеления проводник.

Видове оптични енкодери

Оптичните енкодери се предлагат в два вида предавателен тип и отразяващ тип, които са обсъдени по-долу.

Трансмисивен тип

В трансмисивен тип оптичен енкодер фотосензорът забелязва дали излъчваният светлинен сигнал от светодиодите преминава или не през процепа на кодовото колело. Основните предимства на оптичния енкодер от предавателен тип включват; подобрява точността на сигнала лесно и лесно развитие поради сравнително простата оптична лента.

Отразяващ тип

В оптичен енкодер от отразяващ тип, фотосензорът забелязва дали излъчваният светлинен сигнал от светлоизлъчващия диод се отразява или не през кодовото колело. Предимствата на оптичните енкодери от отразяващ тип включват главно; лесно се миниатюризира и изтънява. Тъй като те са проектирани чрез техниката на подреждане; тогава процедурата по сглобяване може да бъде опростена.

Оптичен енкодер срещу магнитен енкодер

Разликата между оптичен енкодер и магнитен енкодер включва следното.

Предимства и недостатъци

The предимства на оптичния енкодер включват следното.

• Оптичният енкодер лесно подобрява точността, както и разделителната способност, като развива формата на процепа, тъй като има механизъм за забелязване дали светлината от LED преминава или не през прореза.
• Този енкодер не се влияе от близкото магнитно поле.
• Тези енкодери осигуряват най-високите разделителни способности.
• Те са по-устойчиви на смущения от електрически шум от вихрови токове.
• Тези енкодери имат гъвкави опции за монтаж.

The недостатъци на оптичните енкодери включват следното.

• Основният недостатък на този енкодер е, че: не е механично здрав.
• Тези енкодери имат тънък стъклен диск, който може да се повреди от силен удар или силна вибрация.
• Тези енкодери зависят от „линията на видимост“, така че са уязвими главно към мръсотия, масло и прах.
• Оптичните дискове в този енкодер обикновено са проектирани с пластмаса или стъкло, така че има по-голям шанс да се повредят от екстремни температури, вибрации и замърсяване.

Приложения

The приложения на оптични енкодери включват следното.

• Тези енкодери са идеални за приложения, които се нуждаят от високо ниво на прецизност и точност.
• Използват се там, където се създава силно магнитно поле.
• Приложим е в устройства, които използват двигатели с голям диаметър.
• Тези енкодери помагат при откриването на оптичните сигнали, които преминават през процепа и ги променят в електрически сигнали.
• Тези енкодери са много полезни при измерване и контролиране на въртеливо движение в широк спектър от приложения като спектрометри, лабораторно оборудване, центрофуги, медицински устройства, системи за CT сканиране и др.
• Тези енкодери се използват в приложения, базирани на висок въртящ момент, в изключително ограничени зони.
• Те се използват в програмируеми устройства за проверка.
• Те се използват в търговско или промишлено оборудване.
• Те се използват в оборудване за дозиране на химикали.

1). Защо се използват оптични енкодери?

Оптичните енкодери лесно подобряват точността, както и разделителната способност в сравнение с магнитния енкодер. Така че те могат да се използват навсякъде, където се създава силно магнитно поле.

2). Какъв е изходът на оптичния енкодер?

Изходът на оптичния енкодер е електронен импулс, който се използва като „часовник“ за вземане на проби от данни.

3). Каква е разделителната способност на оптичния енкодер?

Разделителната способност на оптичния енкодер е 20k импулса за всеки оборот на колелото, който се използва за одометрични изчисления.

4). Защо енкодерите са по-добри от потенциометрите?

Енкодерите могат да се въртят в подобна посока за неопределен период от време, докато потенциометърът обикновено прави един оборот.

5). Кой тип енкодер се използва широко в роботиката?

Оптичните енкодери се използват в роботиката за запис на абсолютни или инкрементални измервания.

Това е общ преглед на оптика енкодер – видове , интерфейс, работа и приложения. Оптичните енкодери използват светлина, която преминава през стъкло и се идентифицира чрез приемник. Тези типове енкодери са много точни и много необходими компоненти в различни механични системи на много индустрии, за да предоставят прецизна информация за обратна връзка. Ето един въпрос към вас, какво е линеен енкодер?