Optisk koder: Arbejde, typer, grænseflader og dets applikationer

Encoder er en bevægelsesdetekterende enhed, der giver feedback inden for en lukket sløjfe kontrolsystem . Hovedfunktionen af ​​en encoder er at ændre den roterende bevægelse eller lineære bevægelse af en enhedsdel til et elektrisk signal, hvorefter den afgiver til styresystemet, ved at bruge en encoder, den præcise placering af enhedskomponenter, rotationshastigheden eller dens retning og vinklen & nr. af motorakseltransformationer kan genkendes. Der er forskellige typer kodere tilgængelige på markedet, som er klassificeret baseret på typen af ​​teknologi, bevægelse, forskellige parametre osv. Indkodere baseret på bevægelse er klassificeret i lineære, roterende og vinkel. Indkodere baseret på position er klassificeret i absolut encoder og inkrementel encoder . Indkodere baseret på sensorteknologi er klassificeret i optiske, magnetiske og kapacitive. Indkodere baseret på kanalen er klassificeret i enkelt kanal og kvadratur. Denne artikel diskuterer en oversigt over en af ​​kodertyperne, nemlig optisk encoder – arbejde og dets anvendelser.

Hvad er Optical Encoder?

En elektromekanisk enhed, der bruges til at ændre positionen fra roterende eller lineær til et elektrisk signal ved at bruge en lyskilde, en optisk gitter- og lysfølsom detektor er kendt som den optiske encoder. Disse indkodere bruges i vid udstrækning i forskellige værktøjsmaskiner, kontorudstyr og som højpræcisions positionskontrolsensorer i industrirobotter.

Optisk koderdesign

Den optiske encoder er designet med en LED, fotosensorer og en disk kendt som et kodehjul inklusive slidser i den radiale retning og registrerer roterende positionsdata som et optisk signal. Når et kodehjul, der er forbundet til en roterende aksel som en motor, drejer, vil et optisk signal blive genereret baseret på, om lys produceret fra et permanent lysemitterende element passerer gennem et kodehjuls spalte eller ej. Fotosensoren bemærker det optiske signal og ændrer det til et elektrisk signal og udsender det.

Lysemitterende enhed

I optiske indkodere bruges billige IR-LED'er, men nogle gange bruges farvede LED'er med kortere bølgelængder til at indeholde lysdiffusion. Derudover bruges kostbare laserdioder, hvor der er behov for høj opløsning og høj ydeevne.

Linse

LED-lyset er diffust lys gennem lille retningsbestemmelse, så en konveks linse bruges til at gøre parallel.

Kodehjul

Kodehjulet ligner en skive med slidser, der tillader eller blokerer det udsendte lys fra lysdiode . Kodehjulet er lavet af metal, glas og harpiksmaterialer. Her er metalmateriale stærkt mod temperaturfugtighed og vibrationer.

Harpiksmaterialet er ikke dyrt, men velegnet til masseproduktion og bruges til forbrugerbaserede applikationer. Glasmateriale bruges hovedsageligt, hvor maksimal opløsning og præcision er nødvendig. Derudover er der anbragt en fast spalte nær kodehjulet for at tydeliggøre passage eller blokering af lyset fra LED passerer gennem kodehjulet og går ind i lysopsamlingselementet.

Fotosensor

En fotosensor er normalt en fototransistor/fotodiode lavet af halvledermateriale som silicium, germanium og indium galliumphosphid.

Hvordan virker optisk encoder?

En optisk koder registrerer simpelthen de optiske signaler, som passerer gennem spalten, og ændrer dem til elektriske signaler. Sammenlignet med den magnetiske encoder er denne encoder meget enkel at forbedre nøjagtigheden og opløsningen til brug i applikationer, hvor der produceres et stærkt magnetfelt. Den optiske encoder tillader forskellige controllere til at måle forskellige typer bevægelse. Disse indkodere tilbyder meget præcise feedback-signaler, der bruges til at verificere den faktiske motor eller lineære aktuators position, acceleration og hastighed.

Optisk encoder Arduino

Her skal vi lære at tilslutte en optisk roterende encoder vha arduino uno . Dette er en mekanisk enhed med en roterende aksel i et cylindrisk hus. På en cirkulær flad skive er der to sæt slidser. På enhver side af denne disk er der tilsluttet optiske sensorer, hvor sendersættet er på den ene side, og modtageren, der sendes, er på den anden side. Når den slidsede skive drejer mellem sensoren, skærer den af optisk sensor , så signalet vil blive produceret ved modtagerens ender. Her er modtageren forbundet med en mikrocontroller til behandling af genereret signal, på denne måde kan vi identificere, hvor meget akslen drejer. Akselrotationsretningen kan bestemmes ved blot at sammenligne signalets polaritet for to o/ps, fordi de to sæt slidser på den cirkulære skive er i en vis forskydning.

Den optiske encoder-grænseflade med Arduino er vist nedenfor. De nødvendige komponenter til denne grænseflade omfatter hovedsageligt en optisk encoder, Arduino Uno-kort og forbindelsesledninger. Forbindelserne af denne grænseflade følger som;

• Den røde farveledning på denne encoder er forbundet til Arduino Unos 5V-pin.
• Den sorte farveledning af denne encoder er forbundet til Arduino Unos GND-pin.
• Den hvide farveledning (OUT A) af en optisk encoder er forbundet til Arduino Unos afbryderpin som Pin-3.
• Den grønne farveledning (OUT B) på denne encoder er forbundet til Arduino Unos anden afbryderstift som Pin-2.

Her skal udgangsledningerne fra den optiske encoder som hvide og grønne farveledninger kun tilsluttes til afbrydelsesstiften på Arduino Uno-kortet, hvis ikke vil Arduino-kortet ikke optage hver impuls fra denne encoder.

Kode

flygtig lang temp, tæller = 0; //Denne variabel vil stige eller falde afhængigt af koderens rotation
ugyldig opsætning()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // intern pullup input pin 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // internเป็น pullup input pin 3
//Opsætning af interrupt
//En stigende puls fra encodenren aktiveret ai0(). AttachInterrupt 0 er DigitalPin nr 2 på Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B stigende puls fra encodenren aktiveret ai1(). AttachInterrupt 1 er DigitalPin nr 3 på Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Send værdien af ​​tæller
if( counter != temp ){
Serial.println (tæller);
temp = tæller;
}
}
void ai0() {
// ai0 aktiveres, hvis DigitalPin nr 2 går fra LAV til HØJ
// Tjek pin 3 for at bestemme retningen
if(digitalRead(3)==LOW) {
tæller++;
}andet{
mod-;
}
}
void ai1() {
// ai0 aktiveres hvis DigitalPin nr 3 går fra LAV til HØJ
// Tjek med stift 2 for at bestemme retningen
if(digitalRead(2)==LOW) {
mod-;
}andet{
tæller++;
}
}
Når ovenstående kode er uploadet til Arduino Uno-kortet, skal du åbne den serielle monitor og dreje skaftet på den optiske encoder. Hvis du drejer den optiske encoder i urets retning, kan du bemærke værdistigningen, og hvis du drejer denne encoder mod uret, vil værdien blive reduceret. Hvis værdien viser omvendt, betyder det at give en negativ værdi for en bevægelse med uret. Så du kan vende de hvide og grønne ledninger.

Typer af optiske kodere

Optiske indkodere er tilgængelige i to typer transmissive type og reflekterende type, som diskuteres nedenfor.

Transmissiv type

I en optisk encoder af transmissiv type bemærker fotosensoren, om det udsendte lyssignal fra de lysemitterende dioder passerer eller ej gennem kodehjulets spalte. De vigtigste fordele ved en optisk indkoder af transmissiv type inkluderer; det forbedrer nøjagtigheden af ​​signalet let og enkel udvikling på grund af den ret simple optiske bane.

Reflekterende type

I en optisk encoder af reflekterende type bemærker fotosensoren, om det udsendte lyssignal fra lysdioden reflekteres eller ej gennem kodehjulet. Fordelene ved optiske indkodere af reflekterende type omfatter hovedsageligt; det er nemt at miniaturisere og tynde ud. Da disse er designet gennem stableteknikken; så kan monteringsproceduren forenkles.

Optisk encoder vs magnetisk encoder

Forskellen mellem en optisk koder og en magnetisk koder omfatter følgende.

Fordele og ulemper

Det fordelene ved en optisk encoder omfatte følgende.

• Den optiske encoder forbedrer let nøjagtigheden samt en opløsning ved at udvikle spalteformen, fordi den har en mekanisme til at mærke, om lys fra LED passerer eller ej gennem spalten.
• Denne encoder påvirkes ikke af det nærliggende magnetfelt.
• Disse kodere giver de højeste opløsninger.
• Disse er mere modstandsdygtige over for interferens fra elektrisk støj fra hvirvelstrømme.
• Disse encodere har fleksible monteringsmuligheder.

Det ulemper ved optiske indkodere omfatte følgende.

• Den største ulempe ved denne encoder er, at: den er mekanisk ikke stærk.
• Disse indkodere har en tynd glasskive, der kan blive beskadiget af ekstreme stød eller kraftige vibrationer.
• Disse indkodere afhænger af 'synslinje', så de er hovedsageligt sårbare over for snavs, olie og støv.
• Optiske diske i denne encoder er normalt designet med enten plastik eller glas, så der er større chance for at blive beskadiget af ekstreme temperaturer, vibrationer og forurening.

Ansøgninger

Det anvendelser af optiske indkodere omfatte følgende.

• Disse indkodere er ideelle til applikationer, der kræver et højt niveau af præcision og nøjagtighed.
• Disse bruges, hvor der produceres et stærkt magnetfelt.
• Det er anvendeligt i enheder, der anvender motorer med stor diameter.
• Disse indkodere hjælper med at detektere de optiske signaler, der passerer gennem spalten og ændre dem til elektriske signaler.
• Disse indkodere er meget nyttige til at måle og kontrollere roterende bevægelse på tværs af en bred vifte af applikationer som spektrometre, laboratorieudstyr, centrifuger, medicinsk udstyr, CT-scanningssystemer osv.
• Disse encodere bruges i høje drejningsmoment-baserede applikationer i ekstremt begrænsede områder.
• Disse bruges i programmerbare inspektionsanordninger.
• Disse bruges i kommercielt eller industrielt udstyr.
• Disse bruges i kemikaliedoseringsudstyr.

1). Hvorfor bruges optiske indkodere?

Optiske indkodere forbedrer let nøjagtighed såvel som opløsning sammenlignet med den magnetiske encoder. Så disse kan bruges overalt, hvor der skabes et stærkt magnetfelt.

2). Hvad er output fra en optisk koder?

Den optiske encoder-udgang er en elektronisk impuls, der bruges som et 'ur' til datasampling.

3). Hvad er opløsningen af ​​en optisk encoder?

Opløsningen af ​​en optisk encoder er 20k impulser for hver hjulomdrejning, der bruges til beregninger af odometri.

4). Hvorfor er indkodere bedre end potentialometre?

Enkodere kan rotere i en lignende retning i en ubestemt periode, hvorimod et potentiometer normalt drejer en enkelt omdrejning.

5). Hvilken type encoder bruges i vid udstrækning i robotteknologi?

Optiske indkodere bruges i robotteknologi til at registrere absolutte eller trinvise målinger.

Dette er en oversigt over en optik encoder – typer , grænseflader, arbejde og applikationer. Optiske indkodere bruger lys, der føres gennem glas og identificeres gennem en modtager. Disse typer indkodere er meget nøjagtige og meget nødvendige komponenter i forskellige mekaniske systemer i mange industrier for at give præcis feedbackinformation. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en lineær encoder?