Zasada działania enkodera inkrementalnego
Enkodery inkrementalne działają poprzez generowanie impulsów z każdą jednostką ruchu wału, co pozwala na określenie położenia, prędkości i kierunku ruchu. Ważnym komponentem enkodera inkrementalnego jest tarcza z wyciętymi szczelinami lub przezroczystymi segmentami. Światło z diody LED przechodzi przez te szczeliny i jest odbierane przez fotodetektor, który wytwarza sygnały prostokątne (impulsy). Tarcza obraca się synchronicznie z wałem, a liczba szczelin na tarczy określa rozdzielczość enkodera, czyli liczbę impulsów wygenerowanych podczas pełnego obrotu wału. Przykładowo, tarcza enkodera z 1000 szczelinami wygeneruje 1000 impulsów na każdy pełny obrót wału.
2. Budowa enkodera inkrementalnego
Typowy enkoder inkrementalny składa się z kilku podstawowych elementów:
- Tarcza kodowa: Wykonana z metalu lub szkła, zawiera równomierne rozmieszczone szczeliny lub przezroczyste segmenty.
- Źródło światła: Najczęściej jest to dioda LED, która oświetla tarczę.
- Fotodetektor: Odbiera światło przechodzące przez szczeliny tarczy i generuje sygnały elektryczne.
- Elektronika przetwarzająca: Układy elektroniczne, w większości scalone, przetwarzające sygnały fotodetektora i generujące wyjściowe impulsy prostokątne.
3. Sygnał wyjściowy
Podstawowym typem sygnałów wyjściowych enkodera inkrementalnego są sygnały kwadraturowe. Są to dwa sygnały prostokątne, nazywane A i B, które są przesunięte w fazie o 90 stopni (kwadraturze) względem siebie.
- Sygnał A: jest to jeden z dwóch podstawowych sygnałów wyjściowych. Ma kształt prostokątny, przełączający się między stanami wysokim (H) i niskim (L). Liczba impulsów w sygnale A odpowiada liczbie szczelin na tarczy enkodera dla jednego pełnego obrotu.
- Sygnał B: jest również prostokątny i generuje taką samą liczbę impulsów co sygnał A, lecz jest przesunięty w fazie o 90 stopni, co pozwala na określenie kierunku obrotu wału. Jeśli sygnał A wyprzedza sygnał B (przesunięcie o 90 stopni), wał obraca się w jednym kierunku. Natomiast jeśli sygnał B wyprzedza sygnał A, wał obraca się w przeciwnym kierunku.
- Sygnał Z (zerowy): jest to impuls o krótkim czasie trwania, który pojawia się raz na jeden obrót tarczy enkodera. Służy do synchronizacji i resetowania pozycji, umożliwiając precyzyjne określenie położenia „zerowego” wału.
Ze względu na wymagania systemów sterowania i elektroniki przemysłowej stosuje się dwa standardy sygnałów:
- Sygnał wyjściowy TTL (Transistor-Transistor Logic): jest jednym z najpopularniejszych standardów cyfrowych używanych w elektronice przemysłowej i automatyce. Napięcie sygnału w stanie niskim (L) wynosi od 0V do 0.8V, a w stanie wysokim (H) od 2V do 5V przy napięciu zasilania 5V DC. Sygnał TTL charakteryzuje się szybkim czasem narastania i opadania sygnału, co umożliwia wysoką częstotliwość pracy. Sygnał TTL sprawdza się idealnie w aplikacjach o niskim napięciu zasilania układów odbiorczych np.: mikrokontrolery, procesory, układy cyfrowe.
- Sygnał wyjściowy HTL (High Threshold Logic): znany również jako push-pull. Jest stosowany w aplikacjach wymagających wyższych napięć sygnałowych. Napięcie sygnału w stanie niskim (L) wynosi od 0V do 2V, a w stanie wysokim (H) od 15V do 30V przy napięciu zasilania 24V DC. W porównaniu do sygnału TTL sygnał ten ma wyższą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Dzięki temu dobrze sprawdza się on w trudnych warunkach przemysłowych, gdzie obecne są silne zakłócenia. Ze względu na wysokie napięcie zasilania, sygnał ten stosuje się w systemach napędowych i robotyce przemysłowej.
4. Powielacz rozdzielacz sygnału
Integracja i przebudowa systemów sterowania wiąże się często z potrzebą dostosowania do siebie odmiennych standardów sygnałowych elementów pomiarowych oraz układów sterowania i kontroli. Z uwagi na to, iż różne rodzaje komunikacji i interfejsów muszą współistnieć w jednym systemie, inżynierzy sięgają po dodatkowe urządzenia dopasowujące. W przypadku sygnałów enkoderowych integracja sygnałów jest możliwa dzięki konwerterom. Sygnały enkodera inkrementalnego można przekształcać za pomocą powielacza rozdzielacza sygnału IF10 marki LIKA, umożliwia on powielanie oraz dwukierunkową konwersję sygnałów TTL i HTL.