Codificadores — Sensores de ángulo giratorio
El posicionamiento en varios tipos de equipos industriales se proporciona mediante dispositivos de aspecto simple: codificadores (o, en otras palabras, sensores de ángulo).
Los codificadores se utilizan para convertir el movimiento lineal o giratorio en una señal digital binaria. Un codificador es un dispositivo cuyo eje está conectado al eje giratorio del objeto en estudio y proporciona control electrónico del ángulo de rotación de este último. Según el principio de funcionamiento, los codificadores se dividen en ópticos y magnéticos.
En el eje del codificador óptico hay un disco con ventanas intermitentes alrededor del perímetro, contra el cual hay un LED y un fototransistor, que aseguran la formación de una señal de salida en forma trenes de pulsos rectangulares con una frecuencia proporcional tanto al número de ventanas como a la velocidad de rotación del disco/eje. El número de pulsos indica el ángulo de rotación.
Los codificadores ópticos están disponibles como codificadores incrementales y absolutos.
Los codificadores incrementales tienen un disco intermitente con muchas ventanas del mismo tamaño que el radio base y dos lecturas optoacopladores, que permite fijar tanto el ángulo de giro como el sentido de giro del eje.En el radio extra del disco hay una sola ventana de ruptura y un optoacoplador correspondiente que define la posición inicial (home).
Par negativo: los codificadores incrementales proporcionan una lectura relativa del ángulo de rotación, cuya información no se guarda cuando se detiene la rotación. Sus ventajas incluyen la simplicidad del diseño (y, en consecuencia, el bajo costo) a alta resolución y alta frecuencia de operación.
Los codificadores incrementales con mayor durabilidad se centran en aplicaciones industriales: en ingeniería mecánica, trenes de laminación, construcción naval, textiles, calzado, carpintería. Para tales codificadores, los parámetros decisivos son la resolución en el ángulo de rotación, la capacidad de trabajar a altas frecuencias, un alto grado de protección para soportar las condiciones del entorno hostil.
Un disco con líneas o muescas que interrumpen el haz de luz al sensor óptico. Un circuito electrónico detecta que el haz se rompe y genera pulsos de salida digital desde el codificador.
Disco de codificación: un dispositivo para convertir los desplazamientos angulares del eje en forma digital. Se aplica una imagen geométrica de un código digital al disco de codificación. Los símbolos de bits de código se aplican en una pista concéntrica, y los bits menos significativos (menos significativos) se ubican más cerca de la periferia.
Dependiendo del método de lectura del código (contacto, fotoeléctrico, electromagnético, inductivo, electrostático, etc.), la imagen geométrica del código consiste en eléctricamente conductora y eléctricamente aislada, transparente y opaca, magnética y no magnética, etc.
Los más extendidos fueron los discos de codificación con variedades de código binario, que excluyen la aparición de errores al cruzar los límites de secciones discretas separadas, cuando algunos bits se pueden leer en un lado del límite y otros en el otro (debido a una instalación incorrecta). de dispositivos extraíbles o debido a un código de lectura no simultánea mientras el disco está girando. Estos códigos incluyen el llamado código Fau (código Barker) y el código Reflex (código Grey).
Algunos codificadores giratorios ópticos utilizan un disco codificador reflectante. Este disco tiene secciones alternas que absorben o reflejan la luz, y la fuente de luz junto con el receptor están ubicados en un lado del disco. Si solo hay una fuente de luz y un receptor, la secuencia de pulsos del sensor le permite averiguar cuántos pasos ha girado el disco en relación con su posición anterior.
Un sensor no puede indicar la dirección de rotación, pero si agrega un segundo par de fuente a receptor, 90 desfasado con respecto al primero, entonces el microcontrolador podrá determinar la dirección de rotación del disco por la diferencia de fase entre los trenes de pulso.
Debe recordarse que cualquier sistema que detecta la rotación relativa del disco pero no puede medir su posición angular absoluta es un codificador incremental.
Un codificador absoluto tiene un disco discontinuo con ventanas concéntricas de diferentes radios cuyos tamaños relativos están determinados por el código binario y que se leen simultáneamente, dando una señal de salida codificada para cada posición angular (código Gray, código binario...).
En este caso, es posible obtener datos de la posición instantánea del eje sin contador digital ni retorno a la posición inicial, ya que la salida tiene una palabra codificada — «n bit», protegida del ruido eléctrico.
Los codificadores absolutos se utilizan en aplicaciones que requieren el almacenamiento de datos de entrada durante mucho tiempo, pero tienen un diseño más complejo y son más caros.
Los codificadores absolutos con interfaz de bus de campo tienen una interfaz de salida para la comunicación de bus de campo de acuerdo con los estándares CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus y usan un código binario para determinar el ángulo de rotación. Las interfaces de comunicación anteriores son programables de acuerdo con una serie de parámetros: por ejemplo, dirección de rotación, resolución de pulso por revolución, tasa de baudios.
Los codificadores montados en el eje del motor proporcionan efectivamente un control de posicionamiento preciso. Dichos codificadores generalmente se fabrican en la versión «agujero» y los acoplamientos especiales son elementos importantes de su diseño, que permiten compensar la holgura del eje del motor.
El posicionamiento bajo las condiciones anteriores proporciona de manera más efectiva un codificador magnético, en el que la conversión del desplazamiento angular del eje en una señal electrónica se lleva a cabo sin contacto en función del efecto Hall, no está relacionado con la rotación del interruptor óptico en el interior. el sensor y permite el procesamiento de señales con velocidades de hasta 60.000 rpm.
En un codificador magnético, la rotación de alta velocidad de un eje externo, en el que se fija un imán cilíndrico permanente, es detectada por un sensor Hall combinado en un solo cristal semiconductor con un controlador de procesamiento de señal.
Cuando los polos del imán permanente giran sobre el microcircuito con sensor de pasillo el vector de inducción magnética variable induce el voltaje de Hall, que contiene información sobre el valor instantáneo del ángulo de rotación del eje. El microcontrolador proporciona una conversión rápida del voltaje Hall al parámetro de ángulo de posicionamiento.
La posibilidad de dicha conversión sin conexión mecánica directa del imán y los elementos del sensor Hall es la principal ventaja de los codificadores magnéticos, les proporciona una alta fiabilidad y durabilidad y les permite trabajar de manera eficiente en aplicaciones de alta velocidad relacionadas con la automatización industrial, la impresión, la metalurgia. , Medición y Equipos de Medición.