Optischer Encoder: Funktion, Typen, Schnittstellen und seine Anwendungen

Encoder ist ein Bewegungserkennungsgerät, das Feedback innerhalb eines liefert Regelkreis geschlossen . Die Hauptfunktion eines Drehgebers besteht darin, die Drehbewegung oder lineare Bewegung eines Geräteteils in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das er dann an das Steuerungssystem liefert, indem er die genaue Position von Gerätekomponenten, die Drehgeschwindigkeit oder ihre Richtung verwendet und der Winkel & Nr. von Motorwellentransformationen erkannt werden. Auf dem Markt sind verschiedene Arten von Encodern erhältlich, die nach Art der Technologie, Bewegung, verschiedenen Parametern usw. klassifiziert werden. Bewegungsbasierte Encoder werden in Linear-, Rotations- und Winkelcodierer eingeteilt. Positionsbasierte Encoder werden in die klassifiziert absoluter Encoder Und Inkrementalgeber . Auf Sensortechnologie basierende Encoder werden in optische, magnetische und kapazitive Encoder eingeteilt. Auf dem Kanal basierende Encoder werden in Einzelkanal und Quadratur klassifiziert. Dieser Artikel beschreibt nämlich einen Überblick über einen der Arten von Encodern optischer Encoder – Arbeiten und seine Anwendungen.

Was ist ein optischer Encoder?

Ein elektromechanisches Gerät, das verwendet wird, um die Position von rotierend oder linear zu einem elektrischen Signal zu ändern, indem eine Lichtquelle, ein optisches Gitter und ein lichtempfindlicher Detektor verwendet wird, ist als optischer Encoder bekannt. Diese Encoder werden häufig in verschiedenen Werkzeugmaschinen, Bürogeräten und als hochpräzise Positionssteuerungssensoren in Industrierobotern eingesetzt.

Optisches Encoder-Design

Der optische Encoder ist mit einer LED, Fotosensoren und einer als Coderad bekannten Scheibe mit Schlitzen in radialer Richtung ausgestattet und erkennt Drehpositionsdaten als optisches Signal. Sobald sich ein Coderad, das wie ein Motor mit einer Drehwelle verbunden ist, dreht, wird ein optisches Signal basierend darauf erzeugt, ob Licht, das von einem permanenten Licht emittierenden Element erzeugt wird, durch den Schlitz eines Coderads hindurchgeht oder nicht. Der Fotosensor nimmt das optische Signal wahr und wandelt es in ein elektrisches Signal um und gibt es aus.

Licht emittierendes Gerät

In optischen Codierern werden kostengünstige IR-LEDs verwendet, obwohl manchmal farbige LEDs mit kürzeren Wellenlängen verwendet werden, um Lichtstreuung einzudämmen. Außerdem werden teure Laserdioden dort eingesetzt, wo eine hohe Auflösung und hohe Leistung benötigt werden.

Linse

Das LED-Licht wird durch eine kleine Richtwirkung gestreut, sodass eine konvexe Linse zur Parallelisierung verwendet wird.

Coderad

Das Code-Rad sieht aus wie eine Scheibe mit Schlitzen, die das emittierte Licht von der zulässt oder blockiert Leuchtdiode . Das Coderad besteht aus Metall-, Glas- und Harzmaterialien. Hier ist Metallmaterial stark gegen Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration.

Das Harzmaterial ist nicht teuer, aber für die Massenproduktion geeignet und wird für verbraucherbasierte Anwendungen verwendet. Glasmaterial wird hauptsächlich dort eingesetzt, wo höchste Auflösung & Präzision erforderlich sind. Zusätzlich ist ein fester Schlitz in der Nähe des Coderads angeordnet, um das Durchlassen oder Blockieren des Lichts von der LED durch das Coderad zu verdeutlichen und in das Lichtsammelelement zu gelangen.

Lichtschranke

Ein Fotosensor ist normalerweise ein Fototransistor/eine Fotodiode aus Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium und Indium-Gallium-Phosphid.

Wie funktioniert ein optischer Encoder?

Ein optischer Codierer erfasst einfach die optischen Signale, die durch den Schlitz hindurchgehen, und wandelt sie in elektrische Signale um. Im Vergleich zum magnetischen Encoder ist dieser Encoder sehr einfach, um die Genauigkeit und Auflösung zu verbessern und in Anwendungen zu verwenden, in denen ein starkes Magnetfeld erzeugt wird. Der optische Encoder ermöglicht verschiedene Controller zum Messen verschiedener Bewegungsarten. Diese Encoder bieten sehr präzise Rückkopplungssignale, die zur Überprüfung der tatsächlichen Position, Beschleunigung und Geschwindigkeit des Motors oder Linearantriebs verwendet werden.

Optischer Encoder Arduino

Hier erfahren Sie, wie Sie einen optischen Drehgeber anschließen Arduino uno . Dies ist ein mechanisches Gerät mit einer Drehwelle in einem zylindrischen Gehäuse. Auf einer kreisförmigen flachen Scheibe gibt es zwei Sätze von Schlitzen. Auf jeder Seite dieser Scheibe sind optische Sensoren angeschlossen, wobei sich der Sender auf der einen Seite und der gesendete Empfänger auf der anderen Seite befindet. Immer wenn sich die Schlitzscheibe zwischen den Sensoren dreht, schneidet sie den optischer Sensor , so dass das Signal am Empfängerende erzeugt wird. Hier ist der Empfänger mit einem Mikrocontroller zur Verarbeitung des erzeugten Signals verbunden, auf diese Weise können wir erkennen, wie viel sich die Welle dreht. Die Drehrichtung der Welle kann bestimmt werden, indem einfach die Polarität des Signals für zwei o/ps verglichen wird, weil die zwei Sätze von Schlitzen auf der kreisförmigen Scheibe etwas versetzt sind.

Die Schnittstelle des optischen Encoders mit Arduino ist unten dargestellt. Die erforderlichen Komponenten für diese Schnittstelle umfassen hauptsächlich einen optischen Encoder, ein Arduino Uno-Board und Verbindungskabel. Die Verbindungen dieser Schnittstelle folgen wie folgt:

• Das rote Kabel dieses Encoders ist mit dem 5-V-Pin von Arduino Uno verbunden.
• Das schwarze Kabel dieses Encoders ist mit dem GND-Pin von Arduino Uno verbunden.
• Das weiße Kabel (OUT A) eines optischen Encoders ist wie Pin-3 mit dem Unterbrecher-Pin von Arduino Uno verbunden.
• Das grüne Kabel (OUT B) dieses Encoders ist mit dem anderen Unterbrecherstift von Arduino Uno wie Pin-2 verbunden.

Hier sollten die Ausgangsdrähte des optischen Encoders wie weiße und grüne Farbdrähte nur mit dem Interrupt-Pin der Arduino Uno-Platine verbunden werden, wenn nicht, wird die Arduino-Platine nicht jeden Impuls von diesem Encoder aufzeichnen.

Code

flüchtige lange Temperatur, Zähler = 0; //Diese Variable wird je nach Drehung des Encoders erhöht oder verringert
ungültige Einrichtung ()

{

Serial.begin (9600);

PinMode (2, INPUT_PULLUP); // Interner Pullup-Eingang Pin 2
PinMode (3, INPUT_PULLUP); // Interner Pullup-Eingang Pin 3
// Interrupt einrichten
//Ein ansteigender Impuls von encodenren aktiviert ai0(). AttachInterrupt 0 ist DigitalPin Nr. 2 auf Arduino.
AttachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B ansteigender Impuls von encodenren aktiviert ai1(). AttachInterrupt 1 ist DigitalPin Nr. 3 auf Arduino.
AttachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
Leere Schleife () {
// Den Wert des Zählers senden
if( zähler != temp ){
Serial.println (Zähler);
temp = Zähler;
}
}
nichtig ai0() {
// ai0 wird aktiviert, wenn DigitalPin Nr. 2 von LOW auf HIGH geht
// Überprüfen Sie Pin 3, um die Richtung zu bestimmen
if(digitalRead(3)==LOW) {
Zähler++;
}anders{
Schalter-;
}
}
Leere ai1 () {
// ai0 wird aktiviert, wenn DigitalPin Nr. 3 von LOW auf HIGH geht
// Überprüfen Sie mit Pin 2, um die Richtung zu bestimmen
if(digitalRead(2)==LOW) {
Schalter-;
}anders{
Zähler++;
}
}
Sobald der obige Code in das Arduino Uno-Board hochgeladen ist, öffnen Sie den seriellen Monitor und drehen Sie die Welle des optischen Encoders. Wenn Sie den optischen Encoder im Uhrzeigersinn drehen, können Sie feststellen, dass sich der Wert erhöht, und wenn Sie diesen Encoder gegen den Uhrzeigersinn drehen, wird der Wert verringert. Wenn der Wert umgekehrt angezeigt wird, bedeutet dies, dass ein negativer Wert für eine Bewegung im Uhrzeigersinn angegeben wird. So können Sie die weißen und grünen Drähte vertauschen.

Arten von optischen Encodern

Optische Codierer sind in zwei Typen erhältlich, dem durchlässigen Typ und dem reflektierenden Typ, die unten besprochen werden.

Transmissiver Typ

Bei einem optischen Encoder vom Transmissionstyp erkennt der Fotosensor, ob das von den Leuchtdioden emittierte Lichtsignal den Schlitz des Coderads passiert oder nicht. Zu den Hauptvorteilen eines optischen Codierers vom Transmissionstyp gehören: es verbessert die Genauigkeit des Signals leicht und einfache Entwicklung wegen der ziemlich einfachen optischen Spur.

Reflektierender Typ

Bei einem optischen Codierer vom Reflexionstyp bemerkt der Fotosensor, ob das von der lichtemittierenden Diode emittierte Lichtsignal durch das Coderad reflektiert wird oder nicht. Die Vorteile von optischen Kodierern vom reflektierenden Typ umfassen hauptsächlich: es ist einfach zu miniaturisieren und dünn. Da diese durch die Stapeltechnik entworfen werden; dann kann der Montagevorgang vereinfacht werden.

Optischer Encoder vs. magnetischer Encoder

Der Unterschied zwischen einem optischen Encoder und einem magnetischen Encoder umfasst Folgendes.

Vorteile und Nachteile

Der Vorteile eines optischen Encoders das Folgende einschließen.

• Der optische Encoder verbessert auf einfache Weise die Genauigkeit sowie die Auflösung, indem er die Schlitzform entwickelt, da er über einen Mechanismus verfügt, um festzustellen, ob Licht von der LED durch den Schlitz hindurchgeht oder nicht.
• Dieser Encoder wird nicht durch das nahe Magnetfeld beeinflusst.
• Diese Encoder bieten die höchsten Auflösungen.
• Diese sind widerstandsfähiger gegen Störungen durch elektrisches Rauschen durch Wirbelströme.
• Diese Encoder haben flexible Montagemöglichkeiten.

Der Nachteile optischer Encoder das Folgende einschließen.

• Der Hauptnachteil dieses Encoders ist, dass er mechanisch nicht stark ist.
• Diese Encoder haben eine dünne Glasscheibe, die durch extreme Erschütterungen oder starke Vibrationen beschädigt werden kann.
• Diese Encoder sind auf „Sichtverbindung“ angewiesen, daher sind sie hauptsächlich anfällig für Schmutz, Öl und Staub.
• Optische Datenträger in diesem Encoder sind normalerweise entweder aus Kunststoff oder Glas konstruiert, sodass die Wahrscheinlichkeit größer ist, durch extreme Temperaturen, Vibrationen und Verschmutzung beschädigt zu werden.

Anwendungen

Der Anwendungen optischer Encoder das Folgende einschließen.

• Diese Encoder sind ideal für Anwendungen, die ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit erfordern.
• Diese werden dort eingesetzt, wo ein starkes Magnetfeld erzeugt wird.
• Es ist in Geräten anwendbar, die Motoren mit großem Durchmesser verwenden.
• Diese Codierer helfen bei der Erkennung der optischen Signale, die durch den Schlitz gehen, und wandeln sie in elektrische Signale um.
• Diese Encoder sind sehr hilfreich bei der Messung und Steuerung von Drehbewegungen in einer Vielzahl von Anwendungen wie Spektrometern, Laborgeräten, Zentrifugen, medizinischen Geräten, CT-Scansystemen usw.
• Diese Encoder werden in Anwendungen mit hohem Drehmoment in extrem beengten Bereichen eingesetzt.
• Diese werden in programmierbaren Inspektionsgeräten verwendet.
• Diese werden in gewerblichen oder industriellen Anlagen eingesetzt.
• Diese werden in chemischen Dosiergeräten verwendet.

1). Warum werden optische Encoder verwendet?

Optische Encoder verbessern leicht die Genauigkeit sowie die Auflösung im Vergleich zu magnetischen Encodern. Diese können also überall dort eingesetzt werden, wo ein starkes Magnetfeld entsteht.

2). Was ist die Ausgabe eines optischen Encoders?

Der Ausgang des optischen Encoders ist ein elektronischer Impuls, der als „Uhr“ für die Datenabtastung verwendet wird.

3). Was ist die Auflösung eines optischen Encoders?

Die Auflösung eines optischen Encoders beträgt 20.000 Impulse für jede Radumdrehung, die für Odometrieberechnungen verwendet wird.

4). Warum sind Encoder besser als Potentiometer?

Encoder können sich für eine unbestimmte Zeit in eine ähnliche Richtung drehen, während ein Potentiometer normalerweise eine einzelne Umdrehung dreht.

5). Welche Art von Encoder ist in der Robotik weit verbreitet?

Optische Encoder werden in der Robotik verwendet, um absolute oder inkrementelle Messungen aufzuzeichnen.

Dies ist eine Übersicht über eine optische Encoder – Typen , Schnittstellen, Arbeiten und Anwendungen. Optische Encoder verwenden Licht, das durch Glas geleitet und von einem Empfänger identifiziert wird. Diese Arten von Encodern sind sehr genaue und sehr notwendige Komponenten in verschiedenen mechanischen Systemen vieler Branchen, um präzise Feedback-Informationen bereitzustellen. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Linearencoder?