Принцип действия: классификация
Работа абсолютного энкодера построена на нескольких физических принципах, что позволяет разделить их на три основные группы:
- Оптические. Их функционирование базируется на изменениях характеристик пучков света, вызванное поворотом кодового диска. На поверхности кодового диска могут быть предусмотрены прорези или зеркальные области. Суть, в любом случае, одна, световой поток, проходящий через прорези, отражающийся от зеркальных элементов, изменяется, а изменения фиксируются фотоприемниками.
- Магнитные. Такие устройства фиксируют изменения, происходящие в магнитном поле при поворотах диска. В качестве чувствительных компонентов применяются датчики Холла, индуктивности или элементы, сопротивление которых определяется выраженностью магнитного поля.
- Емкостные. Действие обеспечивается улавливанием изменений электрического поля, связанных с поворотами диска особой конфигурации. Конструкция предусматривает наличие конденсаторов, которые поворачиваются вместе с диском и меняют емкость в соответствии с внешними условиями.
При классификации учитывается не только тип чувствительного элемента, но и особенности вращения диска. По этому показателю выделяют модели двух типов:
- Однооборотные. Если диск проворачивается на 360 градусов, то сигналы, продуцируемые энкодером, начинают дублироваться. Проще говоря, сведения относительно позиции вала точны исключительно в пределах единственного оборота.
- Многооборотные. В такой ситуации для повторения сигналов диск должен повернуться не один раз. Конкретное значение определяется моделью, а количество выполненных оборотов фиксируется или специальным механизмом, или электронным датчиком. Второй способ считается более надежным и точным, вдобавок, исключает использование в конструкции подвижных элементов, что делает энкодер более долговечным, однако, требует дополнительного питания, аккумуляторного или сетевого.
Конструктивные особенности
В стандартном виде конструкция энкодера состоит из следующих элементов:
- вал;
- датчик, фиксирующий положение вала;
- модуль считывания.
Более подробно конструкцию можно описать на примере оптического устройства, наиболее распространенного и востребованного:
- вал, жесткость фиксации и возможность поворота которого обеспечивается парой подшипников;
- оптический вращающийся диск с прорезями или отражающими элементами;
- светодиод, излучающий поток света в инфракрасном спектре;
- матрица, улавливающая световой поток;
- электроника, обрабатывающая данные;
- если речь идет о многооборотных устройствах, то дополнительно они оборудуются редукторами, электронными компонентами, фиксирующими число оборотов.
Преимущества абсолютных энкодеров
Сильные стороны абсолютных энкодеров максимально выражены на фоне их инкрементальных аналогов, принцип действия которых основан на генерации последовательных импульсов-сигналов. Передача импульсов прекращается вместе с работой механизма. Для точной фиксации скорости или позиции вала необходимо вести отсчет от нулевой точки, что предполагает необходимость регулярной калибровки.
Итак, достоинства абсолютных устройств таковы:
- Возможность позиционирования доступна сразу после активации. Не нужно ожидать завершения автоматической калибровки или проводить ее вручную. Даже в том случае, если положение вала было изменено при отсутствии питания, устройство немедленно зафиксирует точную информацию. Это не просто исключает лишние временные расходы, но и исключает повреждения оборудования, получение травм обслуживающим персоналом, операторами.
- Высокая скорость передачи данных. Отслеживание проводится в режиме реального времени, задержки исчисляются сотыми долями секунды, что, опять же, позволяет выполнять операции, требующие максимальной точности, характерные для электронной и других технологичных промышленных отраслей.
- Минимальная восприимчивость к электромагнитным помехам. Сигналы в цифровой форме остаются неизменными даже при выраженном воздействии ЭМ-поля, продуцируемого электроприводами и силовыми линиями.
- Возможность объединения нескольких энкодеров, их подключения к общей шине коммутации. При этом не нужно использовать дорогие устройства с высокой вычислительной мощностью, достаточно стандартных решений без вреда для результата.
Области эксплуатации
Благодаря множеству преимуществ, надежности и универсальности, абсолютные энкодеры востребованы в следующих сферах и объектах:
- Машиностроение. С их помощью удается контролировать позицию стрел и подъемных механизмов кранового оборудования, столов в центрах обработки.
- Транспортные терминалы, склады, автоматизированные парковочные комплексы. Устройства обеспечивают точность позиционирования штабелеров, корректируют положение парковочных платформ.
- Электростанции на альтернативных источниках энергии. Энкодеры помогут точно позиционировать панели солнечных аккумуляторов, лопастей турбин, вращающихся под действием силы ветра.
- Черная, цветная металлургия, датчики применяются для корректировки положений печей.
Допустимо использование и в более технологичных областях. Примеров в данном случае множество – роботизированные станки, телекоммуникационное оборудование, требующее регулярного изменения положения антенны для уверенного приема и передачи сигнала, медицинская техника, вплоть до протезов.
Как сделать правильный выбор?
При подборе нужно руководствоваться спецификой использования. Например, с точки зрения конструкции энкодеры могут быть как бескорпусными, предполагающими интеграцию в уже существующий комплекс оборудования, так и корпусными, на 100% самостоятельными устройствами. Второй вариант оптимален для жестких эксплуатационных условий, прочный корпус бережет чувствительные компоненты от ударных воздействий, попадания влаги, пыли, что особенно актуально под открытым небом или в цехах производственных, металлургических, деревообрабатывающих предприятий.
Важный момент – интерфейс передачи данных. Практика показывает, что наиболее совершенными являются последовательные интерфейсы, позволяющие добиться высокой скорости прохождения сигнала, его устойчивости к помехам, возможности простого подключения к различному оборудованию.
Нельзя забывать и о количестве бит на оборот диска. Чем их больше, тем точнее работает вся система. Для технологичных отраслей, медицины и робототехники, необходимы наиболее точные модели, в менее требовательных – допустима эксплуатация менее дорогих энкодеров.
