Энкодер на валу двигателя

Применение
Энкодеры применяются как основные датчики обратной связи для управления двигателем. Существует несколько технологий конструирования энкодеров. Часто применяются магнитные и оптические.
Магнитные энкодера состоят из датчика, работающего на основе эффекта Холла, и вращающегося диска на валу двигателя; на диске по кругу расположены магниты. При каждом обращении вала магниты проходят мимо датчика Холла, в результате чего на линии энкодера регистрируются импульсы.

Оптические энкодеры используют секторный диск с темными и светлыми участками в комбинации со светодиодом и фотодиодом. Фотодиод улавливает отраженный свет при прохождении светлого участка диска и не улавливает при прохождении темного участка диска.
Энкодеры обычно прикрепляются непосредственно к валу двигателя, поэтому разрешающая способность энкодера очень высока по сравнению с более медленной скоростью вращения на оси колеса.

Пример расчета точности оптического энкодера (крепление на валу колеса):

Диск энкодера имеет 20 отверстий и энкодер регистрирует 20 импульсов за один оборот вала ( соответственно 40 делений). Диаметр колеса D=65 мм. Один импульс соответствует 9 градусам (360/40). Пройденное расстояние за один импульс рассчитывается по формуле длина окружность (240 мм) деленная на 40 и составляет 5 мм. Погрешность составляет 9-18 градусов и соответственно 5-10 мм

Пример расчета точности оптического энкодера (крепление на валу мотора):

Диск энкодера имеет 20 отверстий и энкодер регистрирует 20 импульсов за один оборот вала ( соответственно 40 делений). Передаточное отношение редуктора составляет 100:1 между мотором и колесом, разрешающая способность энкодера составляет 1600 импульсов на один оборот колеса. В разы повышается точность, но увеличивается скорость считывания импульсов.
Магнитные и оптические энкодеры называются инкрементальными, поскольку они лишь подсчитывают количество сегментов, пройденных с определенного начального момента. Эти энкодеры не определяют абсолютного положения вала двигателя.
С помощью энкодеров можно не только вычислять пройденное расстояние, но и, определив изменение энкодера за единицу времени, вычислить угловую скорость вращения вала мотора.

Устройство квадратурные инкрементные энкодеры

Энкодеры выдают прямоугольные импульсы и, по ним можно понять, насколько провернулся мотор. Начального положения отсчета у энкодера нет. Рассмотрим оптический энкодер. Оптический сигнал проходит через отверстия в диске и попадает на фотоприемник, которые регистрируют сигнал. Если свет не проходит, то сигнала нет.

Определение скорости вращения
Чем быстрее вращается диск, тем короче становятся импульсы.

Определения направления вращения
Для этого ставят два приемника, таким образом, чтобы один из них открывался в тот момент, когда второй «видит» как раз середину окна. Также Вы можете управлять направлением вращения мотора в программе.
При вращении диска по часовой стрелке сперва «открывается» приемник А — импульс на нем появляется раньше, чем на приемнике В. При вращении против часовой стрелки сигнал появляется сперва на приемнике B, потом на А. Отслеживание и сравнение сигналов позволяет понять направление вращения диска и вала, к которому он закреплен.

Стоит отметить, что энкодер может быть не только оптическим, широко распространены датчики на основе эффекта Холла, улавливающие поле вращающихся на валу мотора магнитов.

Программа энкодера