Ak vás niekedy zaujímalo, ako sa meria poloha, rýchlosť alebo smer v mechanických alebo elektronických systémoch, pravdepodobne ste sa stretli s konceptom rotačné kódovače. Tieto zariadenia sú nevyhnutný v priemyselných aplikáciách, automobiloch, elektronických zariadeniach a dokonca aj robotike. Vaša schopnosť transformácie mechanické pohyby do elektrických signálov z nich robí kľúčové komponenty pre akýkoľvek riadiaci systém. Ale čo to vlastne je a aké typy existujú? Ideme preskúmať túto fascinujúcu tému úplným a podrobným spôsobom.
Un rotačný kódovač, tiež známe ako kodér, je elektromechanické zariadenie, ktoré premieňa rotačný pohyb hriadeľa na elektrické signály. Tieto signály môžu byť interpretované elektronickými systémami pre úlohy, ako je výpočet uhlovej polohy, rýchlosti otáčania a smeru osi. V závislosti od svojho dizajnu môže kódovač poskytovať relatívne alebo absolútne merania a jeho implementácia sa líši v závislosti od špecifických potrieb žiadosti.
Aké typy rotačných kódovačov existujú?
Rotačné snímače sú rozdelené hlavne do dvoch typov: absolútne a inkrementálne. Oba varianty majú svoje vlastné funkcie a aplikácie, ktoré preskúmame nižšie.
Inkrementálne kódovače
Inkrementálne kódovače poskytujú informácie založené na relatívnej zmene polohy. Každá rotácia hriadeľa generuje sériu elektrických impulzov. Analýzou týchto impulzov je možné určiť pohyb, smer a prejdenú vzdialenosť. Tieto kódovače si však nepamätajú pozície v ktorých boli v prípade výpadku el. To z nich robí ekonomickú a efektívnu možnosť na meranie relatívnych posunov, ale menej vhodné, ak sa od spustenia vyžadujú informácie o absolútnej polohe.
Na interpretáciu údajov z a inkrementálny kódovač, používajú sa dva výstupné kanály známe ako "A" a "B", ktoré sú navzájom fázovo posunuté o 90 stupňov. Táto medzera tiež umožňuje identifikovať smer pohybu, ktorý je nevyhnutný pre aplikácie vyžadujúce obojsmerné ovládanie.
Absolútne kódovače
Absolútne snímače sú schopné priradiť jedinečnú digitálnu hodnotu každej uhlovej polohe osi. To znamená, že aj keď dôjde k výpadku napájania, kódovač uchováva informácie o polohe a poskytuje ich okamžite po obnovení napájania. Vďaka tomu sú obzvlášť cenné v priemyselnom prostredí, kde Presnosť a spoľahlivosť Sú nevyhnutné.
Tieto zariadenia zvyčajne používajú rôzne výstupné metódy, ako sú binárne kódy alebo Sivý kód, aby sa predišlo chybám počas prechodov. Dodatočne môžu ponúknuť funkcie ako napr viacotáčkový, ktorý umožňuje zmerať ako polohu v rámci celej otáčky, tak aj počet vykonaných otáčok.
Ako fungujú rotačné kódovače?
Základným princípom rotačného enkodéra je detekcia pohybu rotujúceho hriadeľa. V závislosti od typu sa tento pohyb premieňa na elektrické signály pomocou rôznych technológií:
- Optické kódovače: Používajú dierovaný kotúč a zdroj svetla. Keď sa kotúč otáča, svetlo prechádza cez perforácie a je detekované fotoelektrickými snímačmi. V závislosti od polohy hriadeľa sa generujú špecifické vzory elektrických signálov.
- Magnetické kódovače: Zahŕňajú magnetický disk, ktorý sa otáča pred Hallovým efektom alebo magneto-odporovým senzorom. Tieto senzory detegujú zmeny v magnetickom poli a premieňajú ich na elektrické signály.
- Kapacitné kódovače: Meria zmeny kapacity spôsobené pohybom hriadeľa. Sú ideálne v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú presnosť a odolnosť voči nepriaznivým podmienkam prostredia.
Výstup týchto zariadení môže byť analógový alebo digitálny v závislosti od konkrétnej aplikácie. V praktických aplikáciách sa údaje generované kódovačom posielajú do riadiacej jednotky alebo mikroprocesora, ktorý interpretuje signály a používa ich na úlohy, ako je riadenie pozície alebo rýchlosť.
Praktické aplikácie rotačných snímačov
Rotačné snímače sú kritickými komponentmi v širokej škále priemyselných odvetví. Niektoré príklady aplikácií zahŕňajú:
- Priemyselné riadiace systémy: CNC stroje, priemyselné roboty a automatizačné procesy.
- Automobilový priemysel: Monitorovanie riadenia a asistenčné systémy v moderných vozidlách.
- Spotrebiče: Ovládače časovača a otočné gombíky.
- Robotika: Presné sledovanie pohybu v robotických ramenách a autonómnych systémoch.
Výhody použitia absolútnych a inkrementálnych kódovačov
Každý typ kódovača má jedinečné výhody, vďaka ktorým je vhodný pre špecifické situácie:
- Absolútne kódovače: Vyznačujú sa tým, že ponúkajú vyššiu presnosť v kritických aplikáciách, zachovanie polohy po strate energie a jednoduchšiu integráciu do viacosových systémov.
- Inkrementálne kódovače: Sú lacnejšie a zvyčajne sú ideálne pre relatívne merania a menej kritické úlohy.
Protokoly komunikácie a pripojenia
Spojenie medzi enkodérom a riadiacim systémom závisí vo veľkej miere od komunikačný protokol. Niektoré z najpoužívanejších sú:
- SSI (Sériové synchronizačné rozhranie): Ideálne na prenos údajov s vysokým rozlíšením a presnosťou.
- CAN Bus: Veľmi bežné v automobilovom a priemyselnom priemysle vďaka svojej robustnosti a účinnosti.
- BISS: Umožňuje obojsmernú komunikáciu a je vhodný pre systémy, ktoré vyžadujú absolútne aj prírastkové údaje.
Výber protokolu závisí od oboch požiadavky na aplikáciu ako aj prostredie, v ktorom sa kódovač používa.
Vďaka svojej schopnosti kombinovať presnosť, spoľahlivosť a prispôsobivosť sa rotačné snímače stali základnými prvkami v takých rôznorodých oblastiach, ako je robotika, automobilový priemysel a priemyselná automatizácia. Bez ohľadu na typ kódovača, ktorý si vyberiete, je dôležité zabezpečiť, aby spĺňal vaše špecifické potreby, zaisťoval optimálny výkon a bezproblémovú integráciu s ostatnými systémovými komponentmi.