Codificadors — Sensors d'angle rotatiu

El posicionament en diversos tipus d'equips industrials es proporciona mitjançant dispositius d'aspecte senzill: codificadors (o, en altres paraules, sensors d'angle).

Els codificadors s'utilitzen per convertir el moviment lineal o rotatiu en un senyal digital binari. Un codificador és un dispositiu l'eix del qual està connectat a l'eix giratori de l'objecte en estudi i proporciona un control electrònic de l'angle de gir d'aquest últim. Segons el principi de funcionament, els codificadors es divideixen en òptics i magnètics.

A l'eix del codificador òptic hi ha un disc amb finestres intermitents al voltant del perímetre, contra les quals hi ha un LED i un fototransistor, que asseguren la formació d'un senyal de sortida en forma trens de polsos rectangulars amb una freqüència proporcional tant al nombre de finestres com a la velocitat de rotació del disc/eix. El nombre de polsos indica l'angle de gir.

Els codificadors òptics estan disponibles com a codificadors incrementals i absoluts.

Els codificadors incrementals tenen un disc intermitent amb moltes finestres de la mateixa mida que el radi base i dues lectures optoacobladors, que permet fixar tant l'angle de gir com el sentit de gir de l'eix.Al radi extra del disc hi ha una finestra de trencament única i un optoacoblador corresponent que defineixen la posició inicial (inici).

Parell negatiu: els codificadors incrementals proporcionen una lectura relativa de l'angle de gir, informació sobre la qual no es desa quan s'atura la rotació. Els seus avantatges inclouen la simplicitat de disseny (i, en conseqüència, el baix cost) a alta resolució i alta freqüència de funcionament.

Els codificadors incrementals amb una major durabilitat se centren en aplicacions industrials: en enginyeria mecànica, laminats, construcció naval, tèxtils, calçat, fusteria. Per a aquests codificadors, els paràmetres decisius són la resolució de l'angle de gir, la capacitat de treballar a altes freqüències, un alt grau de protecció per suportar les condicions de l'entorn dur.

Un disc amb línies o osques que interrompen el feix de llum cap al sensor òptic. Un circuit electrònic detecta que el feix es trenca i genera impulsos de sortida digitals des del codificador.

Disc de codificació: un dispositiu per convertir els desplaçaments angulars de l'eix en forma digital. S'aplica una imatge geomètrica d'un codi digital al disc de codificació. Els símbols de bits de codi s'apliquen en una pista concèntrica, i els bits menys significatius (menys significatius) es troben més a prop de la perifèria.

Segons el mètode de lectura del codi (de contacte, fotoelèctric, electromagnètic, d'inducció, electrostàtica, etc.), la imatge geomètrica del codi consta de conductors elèctrics i aïllats elèctricament, transparents i opacs, magnètics i no magnètics, etc.

Els més estesos eren els discos de codificació amb varietats de codi binari, que exclouen l'aparició d'errors en creuar els límits de seccions discretes separades, quan alguns bits es poden llegir a un costat del límit i alguns a l'altre (a causa d'una instal·lació inexacta). de dispositius extraïbles o a causa d'un codi de lectura no simultània mentre el disc gira. Aquests codis inclouen l'anomenat codi Fau (codi Barker) i codi reflex (codi gris).

Alguns codificadors rotatius òptics utilitzen un disc codificador reflectant. Aquest disc té seccions alternes que absorbeixen o reflecteixen la llum, i la font de llum juntament amb el receptor es troben a un costat del disc. Si només hi ha una font de llum i un receptor, la seqüència de polsos del sensor us permet saber quants passos ha girat el disc respecte a la seva posició anterior.

Un sensor no pot indicar la direcció de gir, però si afegiu un segon parell font-receptor, 90 desfasat del primer, el microcontrolador podrà determinar la direcció de gir del disc per la diferència de fase entre els trens de pols.

Cal recordar que qualsevol sistema que detecti la rotació relativa del disc però no pugui mesurar la seva posició angular absoluta és un codificador incremental.

Un codificador absolut té un disc discontinu amb finestres concèntriques de diferents radis les mides relatives de les quals estan determinades pel codi binari i que es llegeixen simultàniament, donant un senyal de sortida codificat per a cada posició angular (codi gris, codi binari...).

En aquest cas, és possible obtenir dades sobre la posició instantània de l'eix sense comptador digital o tornar a la posició inicial, ja que la sortida té una paraula codificada —«n bit», protegida del soroll elèctric.

Els codificadors absoluts s'utilitzen en aplicacions que requereixen emmagatzematge de dades d'entrada durant molt de temps, però tenen un disseny més complex i són més cars.

Els codificadors absoluts amb una interfície de bus de camp tenen una interfície de sortida per a la comunicació de bus de camp d'acord amb els estàndards CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus i utilitzen un codi binari per determinar l'angle de gir. Les interfícies de comunicació anteriors es poden programar segons una sèrie de paràmetres: per exemple, direcció de gir, resolució de pols per revolució, velocitat de transmissió.

Els codificadors muntats a l'eix del motor proporcionen eficaçment un control de posicionament precís. Aquests codificadors solen produir-se en la versió "forat" i els acoblaments especials són elements importants del seu disseny, que permeten compensar el joc de l'eix del motor.

El posicionament en les condicions anteriors proporciona de manera més eficaç un codificador magnètic, en el qual la conversió del desplaçament angular de l'eix en un senyal electrònic es realitza sense contacte en funció de l'efecte Hall, no està relacionat amb la rotació del picador òptic a l'interior. el sensor i permet processar el senyal amb velocitats de fins a 60.000 rpm.

En un codificador magnètic, la rotació d'alta velocitat d'un eix extern, sobre el qual es fixa un imant cilíndric permanent, és detectada per un sensor Hall combinat en un únic cristall semiconductor amb un controlador de processament de senyal.

Quan els pols de l'imant permanent giren sobre el microcircuit amb Sensor Hall el vector d'inducció magnètica variable indueix la tensió Hall, que conté informació sobre el valor instantani de l'angle de rotació de l'eix. El microcontrolador proporciona una conversió ràpida de la tensió Hall al paràmetre d'angle de posicionament.

La possibilitat d'aquesta conversió sense connexió mecànica directa de l'imant i els elements del sensor Hall és el principal avantatge dels codificadors magnètics, els proporciona una alta fiabilitat i durabilitat i els permet treballar de manera eficient en aplicacions d'alta velocitat relacionades amb l'automatització industrial, la impressió, el treball del metall. , Mesura i Equips de Mesura.