Optische encoder: werking, typen, interfacing en zijn toepassingen

Encoder is een bewegingsdetecterend apparaat dat feedback geeft binnen een regelsysteem met gesloten lus . De belangrijkste functie van een encoder is om de roterende beweging of lineaire beweging van een apparaatonderdeel te veranderen in een elektrisch signaal, waarna het aan het besturingssysteem wordt afgegeven. Door een encoder te gebruiken, wordt de precieze locatie van apparaatcomponenten, de rotatiesnelheid of de richting ervan bepaald en de hoek & nee. van motorastransformaties kunnen worden herkend. Er zijn verschillende soorten encoders op de markt die worden geclassificeerd op basis van het type technologie, beweging, verschillende parameters, enz. Encoders op basis van beweging worden geclassificeerd in lineair, roterend en hoek. Encoders op basis van positie worden ingedeeld in de absolute encoder En incrementele encoder . Encoders op basis van detectietechnologie worden ingedeeld in optisch, magnetisch en capacitief. Encoders op basis van het kanaal worden ingedeeld in enkelkanaal en kwadratuur. Dit artikel bespreekt een overzicht van een van de typen encoder namelijk optische encoder – werken en de toepassingen ervan.

Wat is optische encoder?

Een elektromechanisch apparaat dat wordt gebruikt om de positie te veranderen van roterend of lineair naar een elektrisch signaal met behulp van een lichtbron, een optisch rooster en een lichtgevoelige detector, staat bekend als de optische encoder. Deze encoders worden veelvuldig gebruikt in verschillende werktuigmachines, kantoorapparatuur en als zeer nauwkeurige positiecontrolesensoren in industriële robots.

Ontwerp van optische encoders

De optische encoder is ontworpen met een LED, fotosensoren en een schijf die bekend staat als een codewiel, inclusief spleten in de radiale richting en detecteert roterende positiegegevens als een optisch signaal. Zodra een codewiel dat is verbonden met een roterende as, zoals een motor, draait, wordt er een optisch signaal gegenereerd op basis van het feit of licht dat wordt geproduceerd door een permanent lichtgevend element door de spleet van een codewiel gaat of niet. De fotosensor merkt het optische signaal op en verandert het in een elektrisch signaal en voert het uit.

Lichtgevend apparaat

In optische encoders worden goedkope IR-LED's gebruikt, hoewel soms gekleurde LED's met kortere golflengten worden gebruikt om lichtdiffusie tegen te gaan. Bovendien worden dure laserdiodes gebruikt waar hoge resolutie en hoge prestaties nodig zijn.

Lens

Het LED-licht is diffuus licht door een kleine richtingsgevoeligheid zodat een bolle lens wordt gebruikt om parallel te maken.

Code wiel

Het codewiel ziet eruit als een schijf met sleuven die het uitgestraalde licht van de lichtgevende diode . Het codewiel is gemaakt van metaal, glas en harsmaterialen. Hier is metaalmateriaal sterk tegen temperatuur, vochtigheid en trillingen.

Het harsmateriaal is niet duur, maar geschikt voor massaproductie en wordt gebruikt voor consumententoepassingen. Glasmateriaal wordt voornamelijk gebruikt waar maximale resolutie en precisie nodig zijn. Bovendien is er een vaste spleet aangebracht nabij het codewiel om het passeren of blokkeren van het licht van LED's door het codewiel te laten gaan en het lichtverzamelelement binnen te gaan.

Foto sensor

Een fotosensor is normaal gesproken een fototransistor/fotodiode gemaakt van halfgeleidermateriaal zoals silicium, germanium en indiumgalliumfosfide.

Hoe werkt optische encoder?

Een optische encoder detecteert eenvoudigweg de optische signalen die door de spleet gaan en verandert deze in elektrische signalen. In vergelijking met de magnetische encoder is deze encoder heel eenvoudig om de nauwkeurigheid en resolutie te verbeteren voor gebruik in toepassingen waar een sterk magnetisch veld wordt geproduceerd. De optische encoder maakt verschillende controllers mogelijk voor het meten van verschillende soorten beweging. Deze encoders bieden zeer nauwkeurige feedbacksignalen die worden gebruikt voor het verifiëren van de werkelijke positie, versnelling en snelheid van de motor of lineaire actuator.

Optische encoder Arduino

Hier gaan we leren hoe u een optische roterende encoder kunt aansluiten met behulp van arduino uno . Dit is een mechanisch apparaat met een roterende as in een cilindrische behuizing. Op een ronde platte schijf zijn er twee sets sleuven. Aan elke kant van deze schijf zijn optische sensoren aangesloten waarbij aan de ene kant de zenderset zit en aan de andere kant de verzonden ontvanger. Telkens wanneer de schijf met sleuven tussen de sensor draait, snijdt deze de optische sensor , dus het signaal wordt geproduceerd aan de uiteinden van de ontvanger. Hier is de ontvanger verbonden met een microcontroller voor het verwerken van het gegenereerde signaal, op deze manier kunnen we identificeren hoeveel de as draait. De draairichting van de as kan worden bepaald door simpelweg de polariteit van het signaal voor twee o/ps te vergelijken, omdat de twee sets sleuven op de ronde schijf op een bepaalde afstand staan.

De optische encoder-interface met Arduino wordt hieronder weergegeven. De vereiste componenten voor deze interface omvatten voornamelijk een optische encoder, een Arduino Uno-bord en verbindingsdraden. De aansluitingen van deze interfacing volgen als;

• De rode draad van deze encoder is verbonden met de 5V-pin van Arduino Uno.
• De zwarte draad van deze encoder is verbonden met de GND-pin van Arduino Uno.
• De witte kleurdraad (OUT A) van een optische encoder is verbonden met de onderbrekerpen van de Arduino Uno zoals Pin-3.
• De groene kleurdraad (OUT B) van deze encoder is verbonden met de andere onderbrekerpin van Arduino Uno, zoals Pin-2.

Hier moeten de uitgangsdraden van de optische encoder, zoals witte en groene kleurdraden, alleen worden aangesloten op de interrupt-pin van het Arduino Uno-bord, anders registreert het Arduino-bord niet elke puls van deze encoder.

Code

vluchtige lange temp, teller = 0; //Deze variabele zal toenemen of afnemen afhankelijk van de rotatie van de encoder
ongeldige instellingen ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // interne pullup-invoerpin 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // interne pullup input pin 3
// Interrupt instellen
// Een stijgende puls van encoderen activeerde ai0 (). AttachInterrupt 0 is DigitalPin nr 2 op Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, STIJGEND);
//B stijgende puls van encoderen geactiveerde ai1(). AttachInterrupt 1 is DigitalPin nr 3 op Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, STIJGEND);
}
ongeldige lus() {
// Stuur de waarde van de teller
als( teller != temp ){
Serial.println (teller);
temp = teller;
}
}
nietig ai0() {
// ai0 wordt geactiveerd als DigitalPin nr 2 van LAAG naar HOOG gaat
// Controleer pin 3 om de richting te bepalen
als(digitalRead(3)==LAAG) {
teller++;
}anders{
balie-;
}
}
nietig ai1() {
// ai0 wordt geactiveerd als DigitalPin nr 3 van LAAG naar HOOG gaat
// Controleer met pin 2 om de richting te bepalen
als(digitalRead(2)==LAAG) {
balie-;
}anders{
teller++;
}
}
Zodra de bovenstaande code is geüpload naar het Arduino Uno-bord, opent u de seriële monitor en draait u de as van de optische encoder. Als u de optische encoder met de klok mee draait, ziet u de waarde toenemen en als u deze encoder tegen de klok in draait, wordt de waarde verlaagd. Als de waarde omgekeerd wordt weergegeven, betekent dit dat een negatieve waarde wordt gegeven voor een beweging met de klok mee. Je kunt dus de witte en groene draden verwisselen.

Soorten optische encoders

Optische encoders zijn verkrijgbaar in twee typen: doorlatend type en reflecterend type, die hieronder worden besproken.

Doorlatend type

In een optische encoder van het transmissieve type merkt de fotosensor of het uitgezonden lichtsignaal van de lichtgevende diodes al dan niet door de spleet van het codewiel gaat. De belangrijkste voordelen van een optische encoder van het transmissieve type zijn: het verbetert de nauwkeurigheid van het signaal gemakkelijk en eenvoudige ontwikkeling vanwege de vrij eenvoudige optische baan.

reflecterend type

In een optische encoder van het reflecterende type merkt de fotosensor of het uitgezonden lichtsignaal van de lichtdiode al dan niet wordt gereflecteerd door het codewiel. De voordelen van optische encoders van het reflecterende type omvatten voornamelijk; het is eenvoudig te miniaturiseren en dun. Omdat deze zijn ontworpen via de stapeltechniek; dan kan de montageprocedure worden vereenvoudigd.

Optische encoder versus magnetische encoder

Het verschil tussen een optische encoder en een magnetische encoder omvat het volgende.

Voor-en nadelen

De voordelen van een optische encoder omvatten het volgende.

• De optische encoder verbetert eenvoudig de nauwkeurigheid en resolutie door de spleetvorm te ontwikkelen, omdat het een mechanisme heeft om op te merken of licht van LED al dan niet door de spleet gaat.
• Deze encoder wordt niet beïnvloed door het nabijgelegen magnetische veld.
• Deze encoders bieden de hoogste resoluties.
• Deze zijn beter bestand tegen de interferentie van elektrische ruis door wervelstromen.
• Deze encoders hebben flexibele montagemogelijkheden.

De nadelen van optische encoders omvatten het volgende.

• Het belangrijkste nadeel van deze encoder is dat: hij mechanisch niet sterk is.
• Deze encoders hebben een dunne glazen schijf die kan worden beschadigd door extreme schokken of hevige trillingen.
• Deze encoders zijn afhankelijk van 'zichtlijn', dus ze zijn vooral kwetsbaar voor vuil, olie en stof.
• Optische schijven in deze encoder zijn normaal gesproken ontworpen met plastic of glas, dus er is meer kans om beschadigd te raken door extreme temperaturen, trillingen en vervuiling.

toepassingen

De toepassingen van optische encoders omvatten het volgende.

• Deze encoders zijn ideaal voor toepassingen die een hoge mate van precisie en nauwkeurigheid vereisen.
• Deze worden gebruikt waar een sterk magnetisch veld wordt geproduceerd.
• Het is toepasbaar in apparaten die motoren met een grote diameter gebruiken.
• Deze encoders helpen bij het detecteren van de optische signalen die door de spleet gaan en veranderen deze in elektrische signalen.
• Deze encoders zijn zeer nuttig bij het meten en regelen van roterende beweging in een breed scala aan toepassingen, zoals spectrometers, laboratoriumapparatuur, centrifuges, medische apparaten, CT-scansystemen, enz.
• Deze encoders worden gebruikt in toepassingen met een hoog koppel in extreem krappe ruimtes.
• Deze worden gebruikt in programmeerbare inspectieapparaten.
• Deze worden gebruikt in commerciële of industriële apparatuur.
• Deze worden gebruikt in doseerapparatuur voor chemicaliën.

1). Waarom worden optische encoders gebruikt?

Optische encoders verbeteren eenvoudig de nauwkeurigheid en resolutie in vergelijking met de magnetische encoder. Deze kunnen dus overal worden gebruikt waar een sterk magnetisch veld ontstaat.

2). Wat is de uitvoer van een optische encoder?

De uitvoer van de optische encoder is een elektronische puls die wordt gebruikt als een 'klok' voor de gegevensbemonstering.

3). Wat is de resolutie van een optische encoder?

De resolutie van een optische encoder is 20k pulsen voor elke wielomwenteling die wordt gebruikt voor odometrieberekeningen.

4). Waarom zijn encoders beter dan potentiometers?

Encoders kunnen voor onbepaalde tijd in dezelfde richting draaien, terwijl een potentiometer normaal gesproken een enkele omwenteling draait.

5). Welk type encoder wordt veel gebruikt in robotica?

Optische encoders worden in de robotica gebruikt om absolute of incrementele metingen vast te leggen.

Dit is een overzicht van een optiek encoder - typen , interfacing, werken en toepassingen. Optische encoders gebruiken licht dat door glas gaat en wordt geïdentificeerd via een ontvanger. Dit soort encoders zijn zeer nauwkeurige en zeer noodzakelijke componenten in verschillende mechanische systemen van veel industrieën om nauwkeurige feedbackinformatie te leveren. Hier is een vraag voor u, wat is een lineaire encoder?