Кіріспе
Электромеханикалық құрылғы
Ротациялық кодтаушы, сондай-ақ вал кодтаушы деп аталады, валдың немесе осьтің бұрыштық орнын немесе қозғалысын аналогты немесе цифрлық шығыс сигналдарына түрлендіретін электромеханикалық құрылғы. Ротациялық кодтаушының екі негізгі түрі бар: абсолютті және инкременттік. Абсолюттік кодтаушының шығысы валдың қазіргі орнын көрсетеді, осылайша ол бұрыштық түрлендіргіш болады. Инкременттік кодтаушының шығысы валдың қозғалысы туралы ақпаратты ұсынады, ол әдетте позиция, жылдамдық және қашықтық сияқты мәліметтерге басқа жерде өңделеді. Ротациялық кодтаушылар механикалық жүйелерді бақылау немесе басқару, немесе оның екеуін де қажет ететін көптеген қолданбаларда қолданылады, соның ішінде өнеркәсіптік басқару, робототехника, фотообъективтер, оптомеханикалық тышқандар мен трекболдар сияқты компьютерлік енгізу құрылғылары, бақыланатын кернеу реометрлері және айналмалы радар платформалары.
Технологиялар
Механикалық: Кондуктивті энкодерлер деп те аталады. Ақпаратты өткізгіш аймақтарды сезетін контактілі щеткалар арқылы кодтау үшін басылған тізбек тақтасына (PCB) ойылған бірқатар шеңберлік мыс жолдар қолданылады. Механикалық энкодерлер экономикалық, бірақ механикалық тозуға осал. Олар цифрлық мультиметрлер сияқты адам-машина интерфейстерінде көп кездеседі. Оптикалық: Бұл технология металл немесе шыны дискідегі тіршіктер арқылы фотодиодқа жарық шашуды пайдаланады. Кері шағылыс нұсқалары да бар. Бұл ең көп таралған технологиялардың бірі. Оптикалық энкодерлер шаңға өте сезімтал. Осьтік магниттік: Бұл технология әдетте қозғалтқыш білігіне бекітілген ерекше магниттелген 2 полюсті неодим магнитін қолданады. Ол біліктің соңына бекітілуі мүмкін болғандықтан, қозғалтқыш корпусынан тек бір білігі шығып тұрған қозғалтқыштармен де жұмыс істей алады. Дәлдігі бірнеше градустан 1 градусқа дейін өзгеруі мүмкін. Ажыратымдылығы 1 градусқа дейін немесе 0,09 градусқа дейін (4000 CPR, айналымға шаққандағы санау) болуы мүмкін. Дұрыс емес жасалған ішкі интерполяция шығыс тербелісін тудыруы мүмкін, бірақ оны ішкі үлгінің орташасымен жеңуге болады. Осьтен тыс магниттік: Бұл технология әдетте металл орталыққа бекітілген резеңкеге байланысты феррит магниттерін қолданады. Бұл дизайн икемділігін және арнайы қолданбалар үшін төмен құн шығындарын ұсынады. Осьтен тыс энкодер микросхемаларының икемділігіне байланысты, оларды кез келген полюстің енін қабылдауға бағдарламалауға болады, сондықтан микросхеманы қолданбаға қажетті кез келген орынға орналастыруға болады. Магниттік энкодерлер оптикалық энкодерлер жұмыс істемейтін қиын жағдайларда жұмыс істейді.
Абсолютті
Абсолюттік энкодер қуатты ажыратқанда орналасу туралы ақпаратты сақтайды. Энкодердің орналасуы қуат қосылғаннан кейін дереу анықталады. Энкодер мәні мен басқарылатын механизмнің физикалық орны арасындағы байланыс монтаждау кезінде белгіленеді; жүйе орнының дәлдігін сақтау үшін калибрлеу нүктесіне қайта оралу қажеттілігі жоқ. Абсолюттік энкодерде әртүрлі екілік салмақтары бар бірнеше кодтық сақиналар болады, олар энкодердің бір айналымдағы абсолюттік орнын көрсететін дерек сөзін ұсынады. Бұл типтегі энкодер көбінесе параллель абсолюттік энкодер деп аталады. Көп айналымды абсолюттік ротациялық энкодерге қосымша кодтау дөңгелектері мен тісті дөңгелектер кіреді. Жоғары ажыратымдылықтағы дөңгелек бөлшек айналуды өлшейді, ал төменгі ажыратымдылықтағы кодтау дөңгелектері білік айналымдарының санын тіркейді.
Өсімділік
Инкрементті кодтаушы позициядағы өзгерістерді дереу хабарлайды, бұл кейбір қолданбалардағы қажетті мүмкіндік. Дегенмен, ол абсолютті позицияны хабарламайды және қадағаламайды. Осының салдарынан, инкрементті кодтаушымен бақыланатын механикалық жүйені абсолютті позиция өлшемдерін бастау үшін нөлдік нүктеге келтіру (белгілі бір анықтамалық нүктеге жылжыту) қажет болуы мүмкін.
Құрылыс
Цифрлық абсолютті кодтаушылар білікшенің әрбір нақты бұрышы үшін бірегей цифрлық код жасайды. Олар негізінен екі түрге бөлінеді: оптикалық және механикалық.
Механикалық абсолютті кодтаушылар
Ашылмалардың концентрлі қатар сақиналарынан тұратын металл дискісі, білікке берік бекітілген оқшаулағыш дискіге бекітіледі. Сырганамалы контактілер қатары тұрақты нысанға бекітіледі, осылайша әрбір контакті металл дискіге біліктен әртүрлі қашықтықта жанасады. Дискінің білікпен бірге айналуы кезінде, кейбір контактілер металлға тисе, ал қалғандары металл кесілген кеңістіктерге түседі. Металл жамылғы электр тогының көзіне қосылады, ал әрбір контакті жеке электр сенсорына қосылады. Металл сызбасы біліктің кез келген мүмкін орналасуы бірегей екілік кодты құратындай етіп жасалған, онда кейбір контактілер ток көзіне қосылады (қосылған), ал басқалары қосылмайды (ажыратылған). Щетка тәрізді контактілер тозуға ұшырайды, сондықтан механикалық энкодерлер көбінесе радио қабылдағышындағы дыбыс деңгейін немесе күйін қолмен басқару сияқты төмен жылдамдықты қолдануларда қолданылады.
Оптикалық абсолютті кодтаушылар
Оптикалық кодтауыштың дискісі шыныдан немесе пластиктен жасалған, мөлдір және мөлдір емес аймақтары бар. Жарық көзі және фотодетекторлар массиві дискінің кез келген уақыттағы орнынан туындайтын оптикалық үлгіні оқиды. Көбінесе Грей коды қолданылады. Бұл кодты басқару құрылғысы, мысалы микропроцессор немесе микроконтроллер білік бұрышын анықтау үшін оқи алады. Абсолюттік аналогты тип бірегей екі аналогты кодты шығарады, оны білік абсолюттік бұрышына айналдыруға болады.
Кэпацитивті абсолютті кодтаушылар
Энкодерде асимметриялық пішінді диск айналады. Бұл диск екі электрод арасындағы сыйымдылықты өзгертеді, оны өлшеуге болады және бұрыштық шамаға қайта есептеуге болады.
Абсолютті көп бұрылыслы кодтаушы
Көп айналымды кодтаушы бірнеше айналымды анықтап, сақтай алады. Егер кодтаушы сыртқы қуаттан тәуелсіз түрде валының қозғалысын анықтай алса, онда абсолюттік көп айналымды кодтаушы термині қолданылады.
Батареямен жұмыс істейтін көп бұрылыслы кодтаушы
Бұл түрдегі кодтауыш қуатты өшіріп-қосу кезінде санауды сақтау үшін батареяны пайдаланады. Ол қозғалысты анықтау үшін энергияны үнемдейтін электрлік схеманы қолданады.
Гейрлі көп бұрылыслы кодтаушы
Бұл кодтаушылар айналымдар санын механикалық түрде сақтау үшін тізбектелген шестерді пайдаланады. Жеке шестердің орны жоғарыда аталған технологиялардың бірі арқылы анықталады.
Өздігінен қуатты көп бұрылыслы кодтаушы
Бұл кодтаушылар қозғалатын біліктен энергия жинау принципін пайдаланып, энергия өндіреді. 2007 жылы ұсынылған бұл принцип, кодтаушыны қуаттандыруға және айналымдар санын тұрақты жадқа жазуға жеткілікті электр энергиясын жасау үшін Виганд сенсорын қолданады.
Бір жолды сұр кодтау
Егер конструктор контактілерді басқа бұрыштық орналасуға (бірақ орталық біліктен бірдей қашықтықта) жылжытса, сәйкес "сақина үлгісін" сол шығысты алу үшін бірдей бұрышқа бұру қажет. Егер ең маңызды бит (1-суреттегі ішкі сақина) жеткілікті мөлшерде бұрылса, ол келесі сақинамен толық сәйкес келеді. Екі сақина да бірдей болғандықтан, ішкі сақинаны жоюға болады және сол сақинаға арналған сенсорды қалған, бірдей сақинаға жылжытуға болады (бірақ сол сақинадағы екінші сенсордан сол бұрышқа қарай жылжытылады). Бір сақинадағы екі сенсор бір сақиналы квадраттық енкодер құрайды. Бірнеше сенсорды бір іздің (сақинаның) бойына орналастыруға болады, сонда тікелей келесі жағдайлар тек бір сенсорда ғана өзгешеленеді; нәтижесінде бір ізді Gray коды енкодері пайда болады.
Деректерді шығару әдістері
Құрылғы мен өндірушіге байланысты абсолюттік кодтаушы деректерді беру үшін түрлі сигнал түрлері мен байланыс протоколдарын қолдануы мүмкін, оның ішінде параллельдік екілік, аналогты сигналдар (ток немесе кернеу) және SSI, BiSS, Heidenhain EnDat, Sick Stegmann Hiperface, DeviceNet, Modbus, Profibus, CANopen және EtherCAT сияқты тізбектік шина жүйелері. Бұл жүйелер көбінесе Ethernet немесе RS 422/RS 485 физикалық деңгейлерін пайдаланады.
Инкременттік кодтаушы
Ротациялық инкременттік кодтаушы – нақты уақыт режимінде орналасу туралы ақпаратты беру мүмкіндігіне байланысты барлық ротациялық кодтаушылардың ең көп қолданылатын түрі. Инкременттік кодтаушының өлшеу ажыратымдылығы оның екі ішкі, инкременттік қозғалыс сенсорымен шектелмейді; нарықта айналымға 10 000 санауға дейін немесе одан да көп санаулы инкременттік кодтаушыларды кездестіруге болады. Ротациялық инкременттік кодтаушылар позицияның өзгеруін сұраусыз хабарлайды және олар бұл ақпаратты абсолюттік вал кодтаушыларының көпшілігінен бірнеше есе жылдам деректер жылдамдығымен жеткізеді. Осыған байланысты инкременттік кодтаушылар жиі орын мен жылдамдықты дәл өлшеуді қажет ететін қолданбаларда қолданылады. Ротациялық инкременттік кодтаушы айналу орнының өзгеруін анықтау үшін механикалық, оптикалық немесе магниттік сенсорларды пайдалана алады. Механикалық типті әдетте электрондық жабдықтарда қолмен басқарылатын «цифрлық потенциометр» ретінде қолданады. Мысалы, қазіргі үй және автомобиль стерео жүйелері әдетте дыбыс деңгейін басқару үшін механикалық ротациялық кодтаушыларды қолданады. Механикалық сенсорлары бар кодтаушылар контактілердің секіруін жоюды қажет етеді, сондықтан олар қабылдай алатын айналу жылдамдықтары шектеулі. Оптикалық тип жоғары жылдамдықтар кездескенде немесе жоғары дәлдік қажет болғанда қолданылады. Ротациялық инкременттік кодтаушының екі шығыс сигналы бар: А және В, олар кодтаушы білігі айналғанда квадратта мерзімді цифрлық толқынды шығарады. Бұл синустық кодтаушыларға ұқсас, олар синус және косинус толқындарын квадратта шығарады, осылайша кодтаушы мен резольвердің сипаттамаларын біріктіреді. Толқынның жиілігі білік айналу жылдамдығын көрсетеді, ал импульстер саны жүрілген қашықтықты көрсетеді, ал А-В фазалық қатынасы айналу бағытын көрсетеді. Кейбір ротациялық инкременттік кодтаушыларда қосымша «индекс» шығысы бар (әдетте Z деп белгіленеді), ол білік белгілі бір бұрыштан өткенде импульс шығарады. Әрбір айналудан кейін Z сигналы келесі AB күйінің өзгеруіне дейін, әдетте, әрқашан бірдей бұрышта қолданылады. Бұл әдетте радар жүйелерінде және кодтаушы білігі белгілі бір эталондық бұрышта орналасқан кезде тіркеу сигналын қажет ететін басқа да қолданбаларда қолданылады. Абсолюттік кодтаушылардан айырмашылығы, инкременттік кодтаушы өзіне қосылған механикалық жүйенің абсолюттік орнын қадағаламайды және оның шығыстары да көрсетілмейді. Нәтижесінде, кез келген нақты сәтте абсолюттік орнын анықтау үшін, абсолюттік орнын екі бағытты электрондық есептегішпен бірге келетін инкременттік кодтау интерфейсімен «бақылау» қажет. Арзан инкременттік кодтаушылар механикалық компьютерлік тышқандарда қолданылады. Әдетте екі кодтаушы қолданылады: біреуі солға және оңға қозғалысты, екіншісі алға және артқа қозғалысты сезу үшін.
Ротациялық (бұрыш) импульстік кодтаушы
Бұрыштық импульстік кодтаушыда әр бағыт үшін бір SPDT қосқышы бар, және әрқайсысы тек сол бағытта қозғалғанда ғана жұмыс істейді. Бір бағыттағы әрбір бұрылыс сол бағытқа сәйкес SPDT қосқышын ғана ауыстырады.
Басқа импульстік шығыс ротациялық кодтаушылар
Бір шығысы бар ротациялық кодтаушылар (яғни тахометрлер) қозғалыс бағытын анықтауға қолданылмайды, бірақ жылдамдықты өлшеуге және қозғалыс бағыты тұрақты болғанда орналасуды өлшеуге жарамды. Белгілі бір қолдануларда олар қозғалыс қашықтығын (мысалы, қозғалыс бірлігін) өлшеу үшін де пайдаланылуы мүмкін.