Como realizar medições de codificador em quadratura

Visão geral do codificador e aplicação <br> O codificador é um dispositivo eletromecânico que pode ser usado para medir o movimento mecânico ou a posição alvo. A maioria dos codificadores usa sensores ópticos para fornecer sinais elétricos na forma de trens de pulso, que por sua vez podem ser convertidos em movimento, direção ou informações de posição.

Os codificadores rotativos podem ser usados ​​para medir o movimento rotacional do eixo. A Figura 1 mostra os componentes básicos de um codificador rotativo, incluindo um diodo emissor de luz (LED), uma roda de código e um sensor de luz na parte traseira da roda de código. Esta roda de código é colocada em um eixo rotativo com áreas opacas e em forma de ventilador opacas e transmitidas pela luz, dispostas em uma forma codificada. Quando a roda do código gira, os setores opacos bloqueiam a luz e os setores de transmissão de luz permitem que a luz passe. Isso produz pulsos de onda quadrada que podem ser compilados em informações de posição ou movimento correspondentes. O codificador é geralmente dividido em 100 a 6000 setores por revolução. Isso mostra que um codificador de 100 setor pode fornecer precisão de 3,6 graus, enquanto um codificador de 6000 setor pode fornecer precisão de 0,06 graus.

Os codificadores lineares funcionam como codificadores rotativos. Ele usa uma tira opaca fixa para substituir o codificador rotativo, por algumas lacunas transmissivas leves na superfície da tira opaca, e o conjunto do detector de LED está preso ao corpo em movimento.

Figura 1. Componentes de um codificador óptico

Apenas um codificador de saída de pulso não pode determinar o ângulo de rotação, portanto não é útil. Se dois canais de código forem usados ​​e a diferença de fase entre seus setores é de 90 graus (como mostrado na Fig. 2), os dois canais de saída do codificador de quadratura podem determinar as duas informações da posição e da direção de rotação. Por exemplo, se o canal A conduzir a fase, o codificador gira no sentido horário. Se o canal B liderar a fase, a roda de código girará no sentido anti -horário. Portanto, ao monitorar o número de pulsos e as informações de fase relativa entre os sinais A, B, é possível obter as informações de posição e direção da rotação ao mesmo tempo.

Figura 2. Sinais de saída dos codificadores de quadratura A e B

Além disso, alguns codificadores de quadratura também incluem um terceiro canal de saída chamado sinal zero ou sinal de referência. Um único pulso é emitido para cada rotação deste canal. Você pode usar esse pulso único para calcular com precisão uma posição de referência. Na maioria dos codificadores, esse sinal é chamado de eixo z ou índice.

Até agora, este artigo introduziu um codificador de quadratura incremental de extremidade única. Como os sinais A e B são referenciados ao solo, eles são chamados de extremidade única e cada sinal tem apenas uma (ou apenas uma) linha. Outro codificador comumente usado é um codificador diferencial e seus sinais A e B têm dois fios. As duas linhas do sinal A são A 'e A, e as duas linhas do sinal B são B' e B, respectivamente. Como essas quatro linhas sempre produzem um nível conhecido (0V ou VCC), essa estrutura também é chamada de estrutura push-pull. Quando A é VCC, A 'é 0V. Por outro lado, quando A é 0V, A 'é VCC. No caso de um codificador de extremidade única, A é VCC ou flutuando. O uso da detecção diferencial pode garantir a precisão do sinal, para que os codificadores diferenciais possam ser usados ​​em ambientes com grande ruído elétrico.

Com um codificador incremental, apenas a alteração de posição da posição (a partir da qual a velocidade e a aceleração do movimento podem ser calculadas) podem ser medidas, mas a posição absoluta do alvo não pode ser determinada. Aqui, apresentaremos um terceiro tipo de codificador: Codificador Absolute, que pode obter a posição absoluta do alvo. Esse codificador, como o codificador incremental, possui setores opacos alternados e setores transparentes. No entanto, um codificador absoluto usa uma zona de vários componentes na roda de código do codificador para formar um canal de código concêntrico, assim como um anel de destino. O caminho de código concêntrico começa no centro do código do codificador e se estende para fora até a parte externa da placa de código. Cada canal de código tem o dobro da partição que sua camada interna. A primeira camada, o canal de código mais interno, possui apenas um setor de transmissão de luz e um setor opaco; A segunda camada no centro possui dois setores de transmissão leve e dois setores opacos; E existem quatro setores de transmissão de luz e setores opacos para o terceiro canal de código. Se o codificador tiver 10 canais de código de camadas, o canal de código mais externo terá 512 setores; Se houver 16 canais de código de camadas, o canal de código mais externo possui 32.767 setores.

Como o codificador absoluto possui mais de um número de setores por canal de código do que aquele dentro dele, o número de setores forma um sistema de contagem binária. Nesse tipo de codificador, cada canal de código na roda de código corresponde a uma fonte de luz e um receptor. Isso significa que um codificador de 10 camadas requer 10 grupos de fontes de luz e receptores, enquanto um codificador de 16 camadas requer 16 grupos de fontes de luz e receptores.

A vantagem de um codificador absoluto é que você pode reduzir a velocidade do codificador e fazer com que o codificador do codificador faça apenas uma revolução durante todo o ciclo de movimento da máquina. Se a máquina viajar 10 polegadas e o codificador tiver 16 bits de precisão, a precisão da posição da máquina será de 10/65.536, ou 0,00015 polegadas. Se a máquina viajar por mais tempo, como 6 pés, um codificador rotativo grosseiro poderá garantir que cada pé seja rastreado; Um segundo estágio, chamado de codificador rotativo fino, pode rastrear as distâncias a 1 pé. Isso significa que você pode ajustar o codificador grosso para que ele gire em toda a distância inteira de 6 pés; Você também pode ajustar o codificador fino para que ele possa resolver um alcance de 1 pé (ou 12 polegadas).

Como medir usando um codificador <br> Para usar um codificador para medição, deve haver um dispositivo eletrônico básico, o contador. O contador básico gera um valor através de seus vários canais de entrada para indicar o número de bordas detectadas (ou seja, alterações de baixa para alta ou alta a baixa na forma de onda). A maioria dos contadores possui três entradas inter-relacionadas, limiar, fonte e seleção para cima/para baixo. O contador registra o número de eventos na entrada de origem e conta para cima ou para baixo, de acordo com o estado da linha de seleção UP/Down. Por exemplo: se o bit de status para cima/para baixo for "alto", o contador conta; Se o bit de status para cima/para baixo for "baixo", o balcão conta. A Figura 3 mostra um diagrama de blocos de contador simplificado.

Figura 3. Modelo simplificado do contador

Os codificadores geralmente têm 5 fios que precisam ser conectados. Codificadores diferentes, a cor dessas linhas não é a mesma. Você pode usar esses fios para ligar o codificador e ler sinais A, B e Z. A Figura 4 mostra uma definição típica de interface para um codificador incremental.

Figura 4. Interface incremental do codificador

O próximo passo é decidir onde essas linhas devem ser conectadas. Como mencionado acima, o sinal A é conectado ao terminal de origem e os pulsos em seu sinal são contados. O sinal B está conectado à porta de seleção para cima/para baixo. Conecte qualquer fonte de alimentação de +5V DC às conexões de energia e terra-na maioria dos casos, apenas uma linha digital para um dispositivo de aquisição de dados é suficiente.

Como as bordas do sinal são contadas, a próxima coisa que você precisa considerar é como esses valores devem ser convertidos em informações de posição. O processo de conversão do valor da borda em informações de posição depende do tipo de codificação usada. Existem três tipos básicos de codificação: x1, x2 e x4.

Codificação x1

A Figura 5 mostra o número de contagens de mais-minus por um período de quadratura e seu tipo de codificação X1 correspondente. Quando o canal A leva o canal B, o incremento ocorre na borda crescente do canal A. Quando o canal B leva o canal A, o decréscimo ocorre na borda queda do canal A.

Figura 5. codificação x1

Codificação x2

A codificação X2 é semelhante ao processo acima, exceto que cada contagem de arestas do contador de um canal é incrementada ou decrescente, dependendo de qual canal está sendo canalizado. O valor do contador aumentará em 2 ou diminuirá em 2 cada ciclo, como mostrado na Figura 6.

Figura 6. Codificação x2

Codificação x4

No modo de codificação X4, o contador também aumenta ou diminui em cada borda dos canais A e B. se o número de contadores aumenta ou diminui depende de quais canais levam qual canal. O número de contadores aumentará em 4 ou diminuirá em 4 a cada ciclo.

Depois de definir o tipo de codificação e o tipo de contagem de pulsos, você pode usar a seguinte fórmula para converter informações numéricas para posicionar informações:

Para posição de rotação

Quantidade de rotação

Onde n = número de pulsos gerados pelo codificador durante cada rotação do eixo

x = tipo de codificação

Para posição linear

Deslocamento

Onde ppi = pulso por polegada (este parâmetro se refere ao codificador selecionado)

Conectando o codificador ao instrumento <br> Nesta seção, pegue o chassi NI CDAQ-9172 e o módulo de E/S digital da série NI 9401 C como exemplo. O uso de diferentes instrumentos e equipamentos de medição é semelhante a esse processo.

Equipamento usado:

CDAQ-9172: NI COMPACTDAQ 8-SLOT HIE-SPEED USB Chassis

NI 9401: 8 canais, 5 v/ttl de alta velocidade, módulo de E/S digital bidirecional

24 codificador de quadratura de pulso/rotação

O NI 9401 possui um conector D-Sub que fornece conectividade para 8 canais digitais. Cada canal possui uma porta de E/S digital que pode ser conectada a um dispositivo de entrada ou saída digital. Somente através dos slots 5 e 6 no chassi, você pode se conectar aos dois contadores no CDAQ-9172; Portanto, insira o 9401 no 5º slot.

De acordo com essas especificações, a conexão A no codificador está conectada ao pino 14 e a conexão B é conectada ao pino 17 e "Power 5 VDC" está conectada a qualquer linha de dígitos não utilizada definida como "alta". "" Conecte -se a qualquer porta COM.

Comece a medir

Agora que o codificador foi conectado ao dispositivo de medição, você pode usar o software de programação gráfico NI Labview para transferir esses dados para um computador para observação e análise.

Trecho de: ni "Guia de medição geral"