Датчик кута повороту

admin

Датчик кута повороту (скор. ДУП), енкодер — пристрій, призначений для перетворення кута повороту об'єкта (валу), що обертається, в цифрові або аналогові сигнали, що дозволяють визначити кут його повороту.

Датчики кута повороту мають багато застосувань. Вони широко застосовуються в промисловості (зокрема у сервоприводах), у роботобудуванні, в автомобілебудуванні (наприклад, для визначення кута повороту кермового колеса), у комп'ютерній техніці (для визначення кута повороту колеса комп'ютерної миші) тощо.

ДУПи поділяються: за способом видачі інформації на накопичувальні (інкрементні) та абсолютні (позиційні); за принципом на оптичні, резистивні, магнітні, індуктивні, механічні; за допустимим кутом повороту валу на ДУПи з обмеженим діапазоном роботи та ДУПи з необмеженим діапазоном роботи.

Пов'язані поняття

Показуючий пристрій (англ. indicating device) – сукупність елементів засобу вимірювань, які забезпечують візуальне сприйняття значень величини, що вимірюється або пов'язаних з нею величин.

Реле часу – реле, призначене для створення незалежної витримки часу та забезпечення певної послідовності роботи елементів схеми. Реле часу застосовується у випадках, коли необхідно автоматично виконати якусь дію не відразу після появи сигналу, що управляє, а через встановлений проміжок часу.

Підстроювальний резистор — змінний резистор, пасивний електронний компонент, призначений для точного налаштування заданих параметрів радіо- та електронних пристроїв у процесі їх випуску з виробництва під час налаштування після монтажу або ремонту.

Безконтактний датчик, а також сенсорний вимикач (англ. proximity sensor) – позиційний вимикач, що спрацьовує без механічного зіткнення з рухомою частиною (машини). Позиційний вимикач – автоматичний вимикач ланцюгів управління, механізм управління якого приводиться в дію при досягненні рухомою частиною машини заданого положення. Відсутність механічного контакту між об'єктом, що впливає, і чутливим елементом забезпечує ряд специфічних властивостей пристрою.

Вимірювальний механізм – сукупність елементів засобу вимірювань, які забезпечують необхідне переміщення покажчика (стрілки, світлової плями тощо)

Згадки у літературі

Принцип та системи автоматичного водіння (автопілот). Автопілотування відрізняється від паралельного водіння тим, що відхилення від заданої траєкторії, що виробляються GPS-приймачем і навігаційним контролером, через спеціальні пристрої (керівний клапан) (рис. 9) вводяться безпосередньо в гідравлічну систему керування ходовою частиною трактора, виключаючи інертність та люфт кермового управління.На додаток до трактора встановлюється спеціальний датчик кута повороту коліс (рис. 8). Така система забезпечує максимальну точність (відхилення 2 см) руху по маршруту без втручання механізатора.

Пов'язані поняття (продовження)

Датчик кутової швидкості (ДУС) – пристрій, первинний прилад (датчик) для вимірювання кутової швидкості повороту корпусу літальних апаратів щодо інерційної системи координат, що не обертається. Використовується в системах керування різних літальних апаратів: ракет, літаків, вертольотів та ін.

Кроковий електродвигун – це синхронний безщітковий електродвигун з кількома обмотками, в якому струм, що подається в одну з обмоток статора, викликає фіксацію ротора. Послідовна активація обмоток двигуна викликає дискретні кутові переміщення (кроки) ротора.

Балансне підключення (аудіо) – метод з'єднання аудіообладнання за допомогою балансової лінії. Цей тип з'єднання часто використовується як у студіях звукозапису, так і на концертних майданчиках, тому що дозволяє використовувати довгі кабелі, які успішно протистоять зовнішнім перешкодам.

Виконавчий пристрій (виконавчий елемент, актуатор, актюатор) – функціональний елемент системи автоматичного управління, який впливає на об'єкт змінюючи потік енергії або матеріалів, що надходять на об'єкт. Більшість виконавчих пристроїв мають механічний або електричний вихід. Складається з двох функціональних блоків: виконавчого пристрою (якщо виконавчий пристрій механічний, його часто називають виконавчий механізм) і регулюючого органу, наприклад.

Електронний індикатор (лат.indicator — покажчик) — це електронний показуючий пристрій, призначений для візуального контролю за подіями, процесами та сигналами.

Змінний конденсатор (конденсатор змінної ємності, КПЕ) – конденсатор, електрична ємність якого може змінюватися механічним способом, або електрично, під дією зміни прикладеної до обкладок напруги. Змінні конденсатори застосовуються в коливальних контурах та інших частотозалежних ланцюгах для зміни їхньої резонансної частоти — наприклад, у вхідних та гетеродинних ланцюгах радіоприймачів, у ланцюгах корекції АЧХ підсилювачів, генераторах, антенних пристроях. Ємність змінних.

Опромінювач – зосереджений елемент параболічної антени, що знаходиться в її фокусі (фазовому центрі) або фокальної площини, що формує діаграму спрямованості та поляризацію антени.

Інклінометр (від латів. inclino – нахиляю і … метр) – прилад, призначений для вимірювання кута нахилу різних об'єктів щодо гравітаційного поля Землі. Крім власне величини кута нахилу, може вимірюватися його напрямок – азимут.

Реєструючий пристрій (реєстратор, самописець) – прилад для автоматичного запису на носій даних, що надходять з датчиків або інших технічних засобів. У вимірювальній техніці – сукупність елементів засобу вимірювань, які реєструють значення вимірюваної або пов'язаної з нею величини. У пристроях, що реєструють, зазвичай передбачається можливість прив'язки записуваних значень параметрів до шкали реального часу.

Кінцевий вимикач – електричний пристрій, що застосовується в системах управління як датчик, який формує сигнал при виникненні певної події, як правило, механічному контакті пари рухомих механізмів. Використовуються також безконтактні кінцеві вимикачі, які складаються з інфрачервоного світлодіода і фоторезистора, розташованих один навпроти одного (див. Оптопара з відкритим оптичним каналом). Такі кінцеві вимикачі часто встановлюються у принтерах та сканерах.

Підсилювач постійного струму (УПТ) — підсилювач електричних сигналів, зазвичай електронний підсилювач, діапазон посилюваних частот якого включає нульову частоту (постійний струм).

Лінія затримки – пристрій, призначений для затримки електричних і електромагнітних сигналів на заданий проміжок часу (фіксований, перемикається або з плавним регулюванням). Лінії затримки (ЛЗ) широко застосовуються в радіоелектроніці — радіолокації та радіонавігації, кольорових телевізорах стандарту PAL і SECAM, вимірювальній техніці, обчислювальній техніці та автоматиці, електроакустиці (ревербератори), техніці зв'язку, в наукових дослідженнях.

Аналоговий пристрій, аналогова апаратура – апаратура, призначена для роботи з аналоговими сигналами.Аналогові електронні пристрої (АЕУ) – це пристрої посилення та обробки аналогових електричних сигналів, виконані на основі електронних приладів.

Потенціометр (від лат. potentia — «сила» і грец. μετρεω — «вимірюю») — вимірювальний прилад, призначений для визначення напруги шляхом порівняння двох, у загальному випадку, різних напруг або ЕРС за допомогою компенсаційного методу.При відомому одному з напруг дозволяє визначати другу напругу.

Частотоме́р — радіовимірювальний прилад визначення частоти періодичного процесу або частот гармонійних складових спектра сигналу.

Кварцевий генератор – автогенератор електромагнітних коливань з коливальною системою, до складу якої входить кварцовий резонатор. Призначений для отримання коливань постійної частоти з високою температурною та тимчасовою стійкістю, низьким рівнем фазових шумів.

Перетворювач частоти – електричний ланцюг, що здійснює перетворення частоти і включає гетеродин, змішувач і смуговий фільтр (в окремих випадках смуговий фільтр може бути відсутнім).

Ваттметр (ват + др.-грец. μετρεω – "вимірюю") – вимірювальний прилад, призначений для визначення потужності електричного струму або електромагнітного сигналу.

Датчик кута повороту - Priroda.v.ua

Датчик кута повороту, також званий енкодер — пристрій, призначений для перетворення кута повороту об'єкта (валу), що обертається, в електричні сигнали, що дозволяють визначити кут його повороту. [1]

Датчики кута повороту широко застосовуються у промисловості, зокрема у сервоприводах.

Енкодери поділяються на інкрементальні і абсолютні, які можуть досягати дуже високого дозволу. Енкодери можуть бути оптичні, резисторні та магнітні і можуть працювати через шинні інтерфейси чи промислову мережу.

Перетворювачі кут-код практично повністю витіснили сельсини, що широко застосовувалися раніше, і диференціальні трансформатори кута повороту.

Інкрементальні енкодери

Інкрементальні датчики лінійних переміщень, звані також квадратурними енкодерами, формують імпульси, якими приймає пристрій визначає поточне положення координати шляхом підрахунку числа імпульсів лічильником. Для прив'язки системи відліку до початку відліку інкрементальні датчики мають референтні мітки, якими потрібно пройти після включення обладнання.

Інкрементальні датчики обертання та датчики кута при обертанні формують імпульси, якими приймає пристрій визначає поточне положення координати шляхом підрахунку числа імпульсів лічильником. Для прив'язки системи відліку інкрементальні датчики мають референтну мітку («маркер»), одну оберт, через яку потрібно пройти після включення обладнання.

Для визначення відстані та напрямку переміщення застосовуються два канали («синус» і «косинус», що позначаються в документації зазвичай як A і B), в яких ідентичні послідовності імпульсів (меандр) зсунуті на 90° відносно один одного, що дозволяє визначати напрямок переміщення у лінійних, та обертання у кутових датчиків. Крім каналів «синус» і «косинус» у сучасних енкодерах використовується також сигнал «мітка на оборот» («маркер», референтна мітка, що позначається як Z, C [2] або R ), який у поєднанні з менш точним кінцевиком дозволяє визначити точне положення "нуля" координати приводу.

Багато спеціалізованих мікропроцесорів підтримують ці три сигнали за допомогою відповідного Quadrature Encoder Interface. [3]

Абсолютні енкодери

Абсолютні датчики лінійних переміщень показують поточну координату відразу при включенні без необхідності проходження референтних міток.

Абсолютні датчики обертання та датчики кута визначають поточну координату без необхідності переміщення осей верстата.Однооборотні датчики визначають поточну координату лише межах одного повного обороту валу, а багатооборотні датчики можуть додатково розпізнавати кілька повних оборотів. Зазвичай абсолютні датчики обертання та датчики кута передають виміряну координату за послідовними інтерфейсами – EnDat, SSI, PROFIBUS-DP або іншими. Двонаправлені інтерфейси EnDat та PROFIBUS-DP дозволяють також здійснювати контроль та діагностику датчиків.

Найбільш поширені типи виходів сигналу – це код Грея, паралельний код, інтерфейси Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через які здійснюється програмування датчиків.

Оптичні енкодери

Оптичні енкодери мають жорстко закріплений на валу скляний диск із оптичним растром. При обертанні валу растр переміщається щодо нерухомого растру, при цьому модулюється світловий потік, який приймається фотодатчиком. Абсолютні оптичні енкодери – це датчики кута повороту, в яких кожному положенню валу відповідає унікальний цифровий вихідний код, який поряд з числом обертів є основним робочим параметром датчика. Абсолютні оптичні енкодери, як і інкрементальні енкодери, зчитують і фіксують параметри обертання оптичного диска.

Магнітні енкодери

Магнітні енкодери реєструють проходження магнітних полюсів магнітного елемента, що обертається, безпосередньо поблизу чутливого елемента, перетворюючи ці дані у відповідний цифровий код.

Механічні та оптичні енкодери з послідовним виходом

Містять диск із діелектрика або скла з нанесеними опуклими, провідними або непрозорими ділянками.Зчитування абсолютного кута повороту диска здійснюється лінійкою перемикачів або контактів у разі механічної схеми та лінійкою оптронів у разі оптичної. Вихідні сигнали є кодом Грея, що дозволяє позбутися неоднозначності інтерпретації сигналу.

Кріплення

Представлені датчики з'єднуються з об'єктом, що обертається, за допомогою нормального або порожнього валу, останній може бути як наскрізним, так і ненаскрізним (тупиковим). Вал об'єкта, що обертається, і вал енкодера з'єднують механічно за допомогою гнучкої (наприклад, сильфон) або жорсткої сполучної муфти. В якості альтернативи енкодер монтують безпосередньо на вал об'єкта, якщо енкодер має порожнистий вал. У першому випадку можлива неспіввісність та допустимі биття компенсуються деформацією гнучкої втулки. У другому можлива фіксація енкодера за допомогою штифта.

Примітки

  1. ↑ Строго кажучи, "Датчик кута повороту" – більш загальний термін, ніж енкодер, датчики кута повороту можуть мати різну конструкцію – це можуть бути поворотні резистори, сельсини, магнесини, поворотні трансформатори та індуктосини. Однак останнім часом енкодери майже витіснили всі інші типи датчиків
  2. ↑ Див. Лекцію «Датчики автоматизованих електроприводів» у розділі «Посилання»
  3. ↑ Дивись, наприклад, інструкцію користувача для мікропроцесора LPC17xx

також

Посилання

  • Джерело статті
  • "Точність як в аптеці" – журнал "Світ автоматизації", № 1/2005
  • Датчики лінійних та кутових переміщень. Корисна інформація Статті фахівців ВАТ «СКБ ІВ» – російського виробника датчиків переміщень.
    • Перетворювачі кутових переміщень. Принцип дії
    • Вихідні сигнали інкрементних перетворювачів
    • Абсолютні датчики кутового становища. Принцип дії
    • Датчики
    • Вузли та елементи електричних машин
    • Перетворювачі

    Wikimedia Foundation. 2010 .

    Датчик кута повороту - Priroda.v.ua

    Датчик кута повороту є пристроєм, що дозволяє отримувати інформацію, що відноситься до кутового положення, для додатків з управління рухами. Зібрана інформація стосується кутової швидкості, положення, усунення, напряму чи прискорення.

    Як вибрати датчик кута повороту?

    Датчики кута повороту марки Pepperl Fuchs Щоб вибрати датчик кута повороту, спочатку необхідно визначити, чи слід використовувати інкрементальний або абсолютний енкодер. • Інкрементальний датчик кута повороту видає імпульси відповідно до обертання осі. Імпульс, або інкремент, є квадратним цифровим сигналом. Дозвіл енкодера відповідає кількості його інкрементів за оборот. Він не містить жодної інформації про місцезнаходження при включенні живлення. Він має бути скинутий при кожному збої харчування.
    • Абсолютний датчик кута повороту має власний лічильник у тому сенсі, що він зберігає останнє значення, записане під час збою живлення. Інкрементальний енкодер є найбільш економічним, однак вибір абсолютного енкодера неминучий, якщо:
    • скидання лічильника енкодера не дозволяє виконувати завдання, виходячи з необхідних цілей ;
    • робота системи обробки сигналів може бути порушена паразитами, які можуть виходити від хибних імпульсів;
    • є високий ризик, пов'язаний з недорахуванням імпульсів (наприклад, на високих частотах);
    • обертальний рух має коливальний характер і не відповідає повному обертанню;
    • важливо завжди знати фактичне становище осі;
    • необхідно підрахувати кількість завершених обертів.
    В цьому випадку вам потрібно буде вибрати абсолютний багатооборотний енкодер. Щоб вибрати датчик кута повороту, вам також необхідно визначити його розміри відповідно до системи, в яку він буде інтегрований. Таким чином, ви можете вибрати його розмір, тобто діаметр корпусу, довжину, а також діаметр вихідного валу (суцільний вал або порожнистий вал). Нарешті, необхідно буде визначити обмеження, пов'язані з оточенням, та механічні обмеження, з якими зіткнеться енкодер, щоб вибрати відповідний ступінь захисту.

    Як працює інкрементальний датчик кута повороту?

    Датчик кута повороту марки Baumer Інкрементальний енкодер вимірює кутове переміщення щодо опорної позиції. Після збою живлення система обробки даних повинна дочекатися, поки енкодер відправить інформацію, яка відповідає початковій позиції, щоб мати можливість правильно використовувати інформацію, пов'язану з кутовим зміщенням. Інкрементальні енкодери розроблені з використанням різних технологій, кожна з яких має свої переваги та недоліки. Найбільш використовувані технології:
    • Оптичні інкрементальні енкодери: ці енкодери використовують світлодіоди (LED) для зчитування кутового переміщення. Ці енкодери є економічними і забезпечують високу роздільну здатність (висока точність). Ця технологія широко використовується в промисловості, проте, функціонування оптичної системи зчитування може бути порушено, якщо навколишнє середовище становить небезпеку забруднення (пил, олія тощо).
    • Магнітні інкрементальні енкодери: імпульси випромінюються магнітами.Ця технологія також широко поширена в промисловості, тому що магнітні енкодери менш схильні до ризику забруднення. Незалежно від принципу роботи енкодера, вихідний сигнал є послідовністю імпульсів, яка являє собою двійкове кодування, тобто послідовність 1 і 0, яка відповідає кутовому зсуву, залежно від дозволу енкодера. Цей сигнал може бути використаний для визначення напрямку руху, величини усунення відносно початкової позиції, швидкості або прискорення. У разі інкрементальних енкодерів ви можете підключити дроти енкодера до входів автомата. Входи, які використовуватимуться, визначаються робочою частотою енкодера. Ця частота пропорційна швидкості обертання осі та роздільній здатності енкодера. У разі підвищеної частоти сигнал, що відповідає початковій позиції, дозволяє виправити помилки у підрахунках деяких імпульсів. Як правило, датчик кута повороту оснащений 5-12 виходами (проводами або клем роз'єму), які повинні бути підключені до лічильника. У разі енкодера з 5 виходами два дроти використовуються для електроживлення, а три інших – для відправки сигналів, що відповідають кутовому зсуву.

    Як працює абсолютний датчик кута повороту?

    Датчик кута повороту марки Renishaw Абсолютний енкодер вказує кутове положення при включенні. Він безперервно подає сигнал, який відповідає фактичному положенню осі, до якої він підключений. Існує два типи абсолютних енкодерів: • Абсолютний однооборотний датчик кута повороту , який вказує положення осі. Значення, відправлене енкодером, ідентичне кожному обертанню.Абсолютний однооборотний енкодер дозволяє у будь-який час визначити положення осі (навіть при зупинці) на додаток до інформації, пов'язаної з кутовим усуненням.
    • Багатоборотний абсолютний датчик кута повороту включає додаткові енкодери, що дозволяють вказувати кількість виконаних обертів на додаток до положення осі. Як і в інкрементальних поворотних енкодерах, технології, що використовуються, головним чином, для абсолютних датчиків кута повороту, являють собою оптичні датчики, які забезпечують високу точність, але можуть бути сприйнятливими до забруднення і магнітних енкодерів. При використанні абсолютного енкодера положення осі визначається індивідуальним кодом, який відправляється при включенні енкодера. Він може використовуватися як такий або у перетвореній формі для передачі у вигляді цифрового сигналу через шину, таку як SSI, CANopen або Profinet.

    Що таке дозвіл енкодера?

    Роздільна здатність датчика обертання відповідає максимальній кількості точок, яку він може виміряти за один оборот. У разі інкрементального енкодера, роздільна здатність безпосередньо залежить від кількості імпульсів, яку він видає за оборот. У разі абсолютного енкодера це пов'язано з кількістю біт, через які виконується кодування. Наприклад, 16-бітовий енкодер матиме дозвіл 65,536 крапок на оборот. Дозвіл енкодера вибирається відповідно до передбачуваної роздільної здатності, яка повинна відповідати області застосування та точності механічних компонентів вимірювального ланцюга. Датчик підключається до електронного пристрою, контролера або лічильника, який допускає максимальну вхідну частоту, яку слід звертати увагу.Дійсно, інкрементальний енкодер з високою роздільною здатністю генерує більшу кількість імпульсів за оборот, ніж інкрементальний енкодер з низьким дозволом. Залежно від частоти обертання, заданої додатком, вихідний сигнал енкодера може мати вищу частоту, ніж та, яку здатний витримати пристрій, підключений до енкодера. У цьому випадку вам потрібно використовувати енкодер з меншою роздільною здатністю.

    Як встановити датчик кута повороту?

    Встановлення датчика кута повороту залежить від форми. Ось чому важливо визначити, як датчик кута повороту може бути підключений до осі, що вимірювається. Існує три типи установки:
    • Датчик кута повороту із суцільним валомякий може мати різні форми, такі як усічений циліндр, квадрат або шестикутник. Цей енкодер може бути встановлений на кінці порожнього валу або, наприклад, на шестірні.
    • Датчик кута повороту з порожнім валом, який може бути вставлена ​​вісь.
    • Датчик кута повороту із двох частин. Він включає диск, який монтується в кінці осі і «зчитує головку», яка буде закріплена над диском.

    Як правильно вибрати рівнемір