Codificadores — Sensores de ângulo rotativo

O posicionamento em vários tipos de equipamentos industriais é fornecido usando dispositivos de aparência simples - codificadores (ou em outras palavras, sensores de ângulo).

Os codificadores são usados ​​para converter movimento linear ou rotativo em um sinal digital binário. Um codificador é um dispositivo cujo eixo está conectado ao eixo rotativo do objeto em estudo e fornece controle eletrônico do ângulo de rotação deste último. De acordo com o princípio de operação, os codificadores são divididos em ópticos e magnéticos.

No eixo do codificador óptico há um disco com janelas intermitentes em todo o perímetro, contra o qual há um LED e um fototransistor, que garantem a formação de um sinal de saída na forma trens de pulso retangulares com frequência proporcional ao número de janelas e à velocidade de rotação do disco/eixo. O número de pulsos indica o ângulo de rotação.

Os codificadores ópticos estão disponíveis como codificadores incrementais e absolutos.

Os encoders incrementais possuem um disco intermitente com muitas janelas do mesmo tamanho que o raio base e duas leituras optoacopladores, que permite fixar o ângulo de rotação e a direção de rotação do eixo.No raio extra do disco há uma única janela de quebra e um optoacoplador correspondente que define a posição inicial (home).

Torque Negativo - Os encoders incrementais fornecem uma leitura relativa do ângulo de rotação, informações sobre as quais não são salvas quando a rotação é interrompida. Suas vantagens incluem simplicidade de projeto (e, portanto, baixo custo) em alta resolução e alta frequência operacional.

Encoders incrementais com maior durabilidade são focados em aplicações industriais - em engenharia mecânica, laminadores, construção naval, têxteis, calçados, marcenaria. Para tais codificadores, os parâmetros decisivos são a resolução no ângulo de rotação, a capacidade de trabalhar em altas frequências, um alto grau de proteção para suportar as condições do ambiente hostil.

Um disco com linhas ou entalhes que interrompem o feixe de luz para o sensor óptico. Um circuito eletrônico detecta as quebras do feixe e gera pulsos de saída digital do codificador.

Disco de codificação — um dispositivo para converter os deslocamentos angulares do eixo em formato digital. Uma imagem geométrica de um código digital é aplicada ao disco de codificação. Os símbolos de bit de código são aplicados em uma trilha concêntrica e os bits menos significativos (menos significativos) estão localizados mais próximos da periferia.

Dependendo do método de leitura do código (contato, fotoelétrico, eletromagnético, indução, eletrostático, etc.), a imagem geométrica do código consiste em eletricamente condutora e eletricamente isolada, transparente e opaca, magnética e não magnética, etc.

Os mais difundidos foram os discos de codificação com variedades de código binário, que excluem a ocorrência de erros ao cruzar os limites de seções discretas separadas, quando alguns bits podem ser lidos em um lado do limite e outros no outro (devido à instalação imprecisa de dispositivos removíveis ou devido a um código de leitura não simultâneo enquanto o disco está girando. Esses códigos incluem o chamado código Fau (código Barker) e o código Reflex (código Grey).

Alguns codificadores rotativos ópticos usam um disco de codificador reflexivo. Este disco possui seções alternadas que absorvem ou refletem a luz, e a fonte de luz junto com o receptor estão localizados em um lado do disco. Se houver apenas uma fonte de luz e receptor, a sequência de pulsos do sensor permite descobrir quantos passos o disco girou em relação à sua posição anterior.

Um sensor não pode dizer o sentido de rotação, mas se você adicionar um segundo par fonte-receptor, 90 defasado do primeiro, então o microcontrolador será capaz de determinar o sentido de rotação do disco pela diferença de fase entre os trens de pulso.

Deve ser lembrado que qualquer sistema que detecta a rotação relativa do disco, mas não consegue medir sua posição angular absoluta, é um encoder incremental.

Um encoder absoluto possui um disco descontínuo com janelas concêntricas de diferentes raios cujos tamanhos relativos são determinados pelo código binário e que são lidos simultaneamente, dando um sinal de saída codificado para cada posição angular (código Gray, código binário...).

Neste caso, é possível obter dados da posição instantânea do eixo sem contador digital ou retorno à posição inicial, desde que a saída possua uma palavra codificada — «n bit», protegida de ruído elétrico.

Os codificadores absolutos são usados ​​em aplicativos que requerem armazenamento de dados de entrada por um longo período, mas são mais complexos em design e mais caros.

Os encoders absolutos com interface fieldbus possuem uma interface de saída para comunicação fieldbus de acordo com os padrões CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus e usam um código binário para determinar o ângulo de rotação. As interfaces de comunicação acima são programáveis ​​de acordo com vários parâmetros: por exemplo, direção de rotação, resolução de pulso por revolução, taxa de transmissão.

Os codificadores montados no eixo do motor fornecem um controle de posicionamento preciso com eficiência. Tais encoders são geralmente produzidos na versão «furo» e acoplamentos especiais são elementos importantes de seu design, que permitem compensar a folga do eixo do motor.

O posicionamento nas condições acima fornece de maneira mais eficaz um codificador magnético, no qual a conversão do deslocamento angular do eixo em um sinal eletrônico é realizada sem contato com base no efeito Hall, não está relacionada à rotação do chopper óptico interno o sensor e permite processamento de sinal com velocidades de até 60.000 rpm.

Em um codificador magnético, a rotação em alta velocidade de um eixo externo, no qual é fixado um ímã cilíndrico permanente, é detectada por um sensor Hall combinado em um único cristal semicondutor com um controlador de processamento de sinal.

Quando os pólos do imã permanente giram sobre o microcircuito com sensor de salão o vetor de indução magnética variável induz a tensão de Hall, que contém informações sobre o valor instantâneo do ângulo de rotação do eixo. O microcontrolador fornece conversão rápida da tensão Hall para o parâmetro do ângulo de posicionamento.

A possibilidade de tal conversão sem conexão mecânica direta do ímã e dos elementos do sensor Hall é a principal vantagem dos codificadores magnéticos, fornece-lhes alta confiabilidade e durabilidade e permite que trabalhem com eficiência em aplicações de alta velocidade relacionadas à automação industrial, impressão, metalurgia , Medição e Equipamentos de Medição.