Оптический энкодер

Слово энкодер с английского переводится как преобразовать. В технике так обозначают устройства для преобразования угловых или линейных перемещений в электрические сигналы аналогового или дискретного типа. Применяется еще несколько названий: измеритель углового положения, датчик обратной связи, преобразователь вращения или положения и другие. В течение работы энкодер формирует и отправляет на управляющие устройства специфический код, в котором зашифрованы точные сведения о положении вала в каждую единицу времени. Датчики поворота относится к надежным, при соблюдении всех требований к установке и эксплуатации продукция известных производителей способна работать до 6 и более лет.

Принцип действия и область применения оптических энкодеров

Оптические датчики – энкодеры применяются для определения параметров вращающегося вала: частота вращения, скорость, текущее положение. При выполнении замеров задействован световой луч, сгенерированный источником света. Для контроля параметров по линейным осям используется оптический линейный энкодер по линейным осям. Сфера применения оптических датчиков вращения охватывает практически все отрасли: подъемно-транспортное оборудование, металлообрабатывающие станки, робототехнику, линии упаковки, фасовки, розлива, лифтовое, испытательное оборудование. Энкодеры востребованы в устройствах ввода информации по типу компьютерной мыши.

Современный оптический энкодер состоит из 3 основных узлов:

1. Источник света – светоизлучающий диод.
2. Оптический диск вращается совместно с валом, имеет специальные прорези – метки, это могут быть непрозрачные штрихи и щели. Вместо диска применяются также ленты, имеющие области с разной отражающей способностью. В высокоточных энкодерах устанавливаются стеклянные диски с черными метками. Датчики с низким разрешением работают с металлическими дисками, отверстия в которых выполнены с помощью штамповки или травления.
3. Приемник или детектор световых сигналов. Имеет светочувствительный элемент, при попадании светового луча на который возникает напряжение. В стандартных датчиках применяется два или более приемников, за счет чего увеличивается их разрешение.

В оптическом датчике световой поток проходит через диск, на который нанесены специальные, уникальные для каждого положения, метки и улавливается фотоприемником, за счет чего формируется последовательный сигнал. В отличие от ранее применяемых резольверов, оптические энкодеры не требуют установки в систему дополнительных электронных устройств. Выдаваемый ими сигнал сразу пригоден для передачи в автоматическую систему управления верхнего уровня. Разрешение оптических датчиков находится в пределах 128-20 000 импульсов, точность равна ± 0,1 град.

Разновидности оптических энкодеров

Прежде чем купить оптический энкодер, нужно учитывать, что в зависимости от характера работы устройства делятся на абсолютные и инкрементальные. Несмотря на то, что первые более точные, позволяют существенно увеличить производительность и эффективность системы, а также производить более качественные замеры, на рынке устройств автоматики лидируют инкрементальные оптические энкодеры. Их существенное преимущество в простоте конструкции, и отсюда меньшей стоимости. 

В абсолютных энкодерах информация о текущем положении вала механически кодируется и становится доступной сразу же после подачи напряжения. Поэтому если в обесточенном состоянии вал был перемещен, то после подачи напряжения энкодер сразу же выдает новый результат. В инкрементальных устройствах показания выдаются только относительно определенного положения, а после отключения питания теряются. Поэтому после каждого нового включения, энкодеру потребуется калибровка. Инкрементальные датчики имеют сравнительно невысокую цену, применяются в системах со средними и высокими скоростями. При небольших скоростях возможны большие погрешности в измерениях, которые вызваны шумами и проблемами со стабилизацией.

Преимущества оптических датчиков перемещения:

• хорошее разрешение;
• доступность устройств под любые параметры и условия применения;
• высокоточность;
• сравнительно низкий ценовой диапазон;
• надежность.

Оптические энкодеры имеют и свои недостатки. Прежде всего это чувствительность к внешней среде, в том числе к вибрациям, ударам, экстремальным температурам, выходящим за рамки -20 – +70 град. С. Датчики более хрупкие, могут реагировать на посторонние предметы, жир, грязь, влагу.