75424

Інкрементальні сенсори положення. Кодові лінійки і диски абсолютних сенсорів

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Інкременгальні сенсори переміщення оснащені лінійкою з рисковими поділками. Читання положення рисок здійснюється оптичними або магнітними методами. В сенсорах через які проходить світло використовуються скляні лінійки з рисками які поглинають світло і проміжками які пропускають світло шириною 4 мкм рис. Пристрої які зчитують це складаються з потужного джерела світла зчитувальної пластинки і електронної системи аналізу.

Украинкский

2015-01-12

631 KB

1 чел.

ЛЕКЦІЯ 21

Інкрементальні сенсори положення. Кодові лінійки і диски абсолютних сенсорів.

Інкременгальні сенсори положення. Інкременгальні сенсори переміщення оснащені лінійкою з рисковими поділками. Читання положення рисок здійснюється оптичними або магнітними методами.

В сенсорах, через які проходить світло, використовуються скляні лінійки з рисками, які поглинають світло і проміжками, які пропускають світло, шириною 4 мкм (рис.21.1). Пристрої, які зчитують це, складаються з потужного джерела світла, зчитувальної пластинки і електронної системи аналізу. Зчитувальна пластинка теж  оснащена рисковими поділками, які поглинають світло і проміжками, які пропускають  світло.

Рис.21.1. Інкременгальний сенсор лінійного

                           переміщення.

Коли проміжки між рисками лінійки знаходяться навпроти проміжків зчитувальної платівки, світло - з  джерела світлу - проникає до світлочутливих фотодіодів, І в яких сигнали надалі перетворюються електронно. Після пересуву лінійки відносно зчитувальної платівки на  ширину рисок світло не проникає до фотодіодів. Під час  пересування лінійки з рисковими поділками  відносно зчитувальної   платівки періодично змінюється кількість  світла, яке проходить, з періодом, який дорівнює одній  поділці лінійки (рис.21.2). Для розпізнавання напряму перебування лінійки, зчитувальна платівка складається з двох  частин. Риски на одній частині зміщені відносно рисок  другої частини на ширину риски (1/4 періоду). Завдяки цьому зміни освітлення однієї частини платівки зміщені  відносно змін на другій частині платівки на 1/4 періоду. Під час пересування лінійки вправо перехід від положення з максимальним освітленням за першою частиною платівки до максимального освітлення за другою частиною відповідає пересуву на 1/4 періоду. При пересуванні лінійки вліво такий перехід відповідає пересуву лінійки на 3/4 періоду. Фотодіоди за обидвома частинами зчитувальної платівки генерують відповідно синусоїдальну і косинусоїдальну напруги. Ці обидва процеси можна аналізувати. Наприклад, кожен період можна поділити на 1024 частини. Це називається інтерполяцією. В такий спосіб отримується роздільна здатність порядку манометра.

Рис.21.2.Процес утворення сигналів в інкрементальному сенсорі положення.

Дуже простий метод використання синусоїдальної та косинусоїдальної напруг полягає в їх перетворенні в прямокутні напруги і їх порівняння в реверсивному лічильнику (рис. 2). Напруги U1 і U2 додаються, в результаті чого при пересуванні лінійки отримуємо прямокутні імпульси напруги   U3/

Диференціюючи електронним способом сигнал U3, для кожної зміни напруги отримуємо імпульс (напругу U4), а саме додатний імпульс при зміні напруги у додатному напрямі і від'ємний імпульс при зміні у від'ємному напрямі. Кількість цих імпульсів в чотири рази більша, ніж кількість періодів рискових поділок. Таким чином отримуємо чотирикратне перемноження кількості поділок, завдяки чому - при розмірі поділки вимірювальної лінійки 4 мкм - отримуємо роздільну здатність 1 мкм.

Полярність напруги U4 залежить від перебігу напруг U1 і U2. Коли лінійка пересувається вправо (чорний колір), імпульси U4мають таку полярність, як U1. Коли лінійка пересувається вліво (червоний колір), імпульси U4 мають таку полярність, як U2. Це одночасно уможливлює розпізнання напряму руху лінійки.

Інкрементні, оптичні сенсори кутового положення

Для вимірювання кутового положення використовуються інкрементні оптичні сенсори (рис.21.3). В цьому випадку риски нанесені на краю обертового диску. Риски поділок зчитуються зчитувальною плиткою з двома рисковими поділками, які зсунуті одна відносно іншої на 1/4 періоду поділки. Якщо кількість рисок становить, наприклад, 36 000, то при інтерполяції 1:1024 отримуємо роздільну здатність 0,00001°.

Рис.21.3. Інкрементні, оптичні сенсори

Рис.21.4. Інкрементний магнітний сенсор.

кутового положення

Сенсори кутового положення використовуються також, в поєднані з прецизійною кульково-гвинтовою парою для вимірювання лінійного положення. За кроку різьби гвинта Р = 10 мм і диску сенсора з 2500 рисками на периметрі, при чотирикратному діленні періоду, отримуємо 10000 імпульсів на оборот вимірювального валу, а, отже, роздільну здатність 10 мм/ 10000 = 1 мкм.

Інкрементні, магнітні сенсори лінійного і кутового положення

У магнітних сенсорах на металевому шарі підкладки нанесений магнітний матеріал, який намагнічений (рис.21.4) з періодом поділок біля 0,2 мм - подібно, як при звукозаписі звуку на магнітофонній стрічці.

Для зчитування служать дві зчитувальні головки, зсунуті на чверть періоду поділки (λ/4) і завдяки тому утворюють два зміщені один відносно іншого по фазі синусоїдальні сигнали.

Для виявлення магнітних полів використовуються давачі Холла. Кількість інкрементів на один оборот залежить від діаметру магнітного диску, наприклад, 2048 імпульсів на оборот.

Кодові лінійки і диски абсолютних сенсорів

Лінійки з написаними на них числами не можуть використовуватись як перетворювачі положення, тому що автоматичне читання чисел клопітливе і крім того вони не можуть бути розміщені занадто близько одне від іншого. Лінійки з бінарним кодом можуть використовуватись для абсолютних вимірювань (безумовних).

Вони мають таку систему полів, наприклад, чорних і білих або пропускаючих і непропускаючих світло, що кожна позиція на лінійці бути однозначно підпорядкована одному числу. Часто бінарне кодування виконується так, що в нульовій стежці пропускаючі і непропускаючі світло риски мають таку ширину, як інкрементальні сенсори (рис.21.5.). У першій стежці ширина рисок вдвічі більша , ніж в нульовій стежці. У кожній наступній стежці ширина рисок збільшується двічі.

Рис.21.5.Лінійка з поділками в бінарному ході.

Виключення помилок зчитування Так як границі рисок в окремих стежках розміщені не точно, а фотодіоди мають різну чутливість на світло під час читання в місцях переходу між пропускаючими і непропускаючими світло полями, можуть виникати помилки. Ці помилки є тим більшими, чим більшу вагу має стежка, яка змінює своє значення.

Використовуючи систему зчитування методом V бінарний код може бути зчитаний однозначно, без помилок зчитування (рис.21.6).

Рис.21.6.Система зчитування методом V.

Рис.21.7. Лінійка з кодом Грея.

Коли в одній стежці розпізнано темне поле, то для зчитування наступної стежки активізований лівий фотоді-од, в протилежному випадку - правий. Застосовуються лінійки з кодами, в яких перехід від однієї позиції до наступної пов'язаний із зміною розряду тільки в одній стежці. Такі коди, наприклад, код Грея, називаються кодами з постійним проміжком (рис.21.7). У випадку коду Грея немає потреби в системі, що читає згідно з методом V, тому що зчитуване значення може відрізнятися від правильного значення що найвище на 1. Код Грея не має постійних номерів позиції. З метою подальшого опрацювання зчитувані сигнали мусять бути перетворені на інший код.

Сенсори кутового положення з обертовими кодовими дисками

Обертові кодові диски застосовуються в сенсорах абсолютного кутового положення (називаються ще кутовими кодерами), а в поєднані з гвинтовою або зубчатою передачею- для вимірювання абсолютних лінійних положень. На кодовий диск нанесено - у вигляді від 10 до 17 стежок - узор коду (рис.21.8), що відповідає від 2!0 = 1024 до 217 = 131072 кутових значень на один оборот.

Рис.21.8. Кодовий диск.

Щоб не виводити зі зчитувача кожної стежки кодера окремого каналу, часто в конструкцію сенсора поміщають пристрій для послідовної передачі сигналів (рис.21.9).

На першому задньому фронті тактового сигналу, який видає приймач, запам'ятовується значення зчитане через зчитувач. Передавання даних до приймача наступає на першому наростаючому фронті тактового сигналу. Крім значення кута додатково передається інформація про помилки коду, наприклад, що виникають через несправність джерела світла.

      Рис.21.9.Керування циклом пересилання інформації.

Дискові кодери можуть передавати закодовані значення кута послідовно. Багатодискові кодери

Рис.21.10.Багатодисковий кодер для вимірювання кута вдіапазоні 100 оборотів по 1000 кутових значень на один оборот.

Щоб можна було за допомогою дискових кодерів вимірювати кути, які перевищують 360°, а отже в діапазоні декількох оборотів, об'єднують через редукторну передачу два або більше кодових дисків (рис. 3). Наприклад, перший диск містить три тетради коду ВСО, для 1000 кутових значень. Через редуктор 1:100 приводиться другий кодовий диск, з двома тетрадами коду ВСD. Завдяки цьому однозначно можна закодувати 100 оборотів по 1000 кутових значень, а отже 100000 позицій. Якщо такий сенсор приєднати через гайку гвинтової передачі з кроком різьби 10 мм, то гайка передачі переміститься на віддаль 100 • 10 мм = 1 м і перейде через 100000 позицій. Отже роздільна здатність досягне значення 1 /100 000 м = 0,01 мм.

Дискові кодери відображають через узор коду абсолютне значення кутового положення.

Питання для контролю і засвоєння

1. Прошу описати принцип дії оптичного, інкрементного лінійного сенсора положення.

2.  Як в інкрементних сенсорах отримується інформація про напрямок руху?

3. Якими методами можна покращувати властивості інкрементних вимірювальних систем?

4.   Прошу пояснити принцип дії магнітного інкрементного сенсора.

5. Чим принципово відрізняються сенсори абсолютної дії від інкрементних? 20.   В який спосіб досягають однозначного зчитування кодових лінійок?

6.   Які переваги має код Грея порівняно з натуральним бінарним кодом у випадку їх використання для кодування лінійки?

7.  В який спосіб можна за допомогою дискових кодерів отримувати однозначну інформацію про значення кута в діапазоні багатьох оборотів?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45451. Виды операционных систем реального времени. QNX. OS-9. VxWorks. Операционные системы реального времени для Windows. IA-Spox, RTX, Falcon, Hyperkernel 190.5 KB
  Операционные системы реального времени для Windows. ОСРВ по Windows Windows CE система ориентирована на небольшие контроллеры и включает большую часть функций ядра стандартной ОС для поддержки средств являющихся зарегистрированной маркой Microsoft. ОС РВ Стандартная ОС с поддержкой общих функций Поддержка расширений служащих для выполнения задач РВ Расширения ISPOX В расширении ОС Windows для реального времени. Данное расширение разработано для системы Windows95 98.
45452. Средства создания операторского интерфейса автоматизированных систем (SCADA-приложения). Применение. Особенности. Возможности и средства, присущие SCADA-пакетам. Состав SCADA. Виды SCADA. TraceMode. Citect. InTouch. iFix. Wizcon GeniDAQ. WinCC. MasterSCA 103 KB
  Под SCADA – приложением подразумевается любое ПО, которое получает данные с внешних устройств, формирует управляющие команды, сохраняет информацию на внешних носителях и формирует графическое приложение системы. Любое SCADA – приложение должно иметь набор инструментальных средств, позволяющих создавать уже в разработанных интерфейсах типовые модули подключения новых объектов и создание однотипных интерфейсов оператора для типовых автоматизированных систем.
45453. Базы данных РВ. Структура. Применение. Особенности. Особенности Industrial SQL Server. Функциональные возможности сервера базы данных. Интеграция с другими компонентами комплекса. Возможность организации клиент-серверной системы 454 KB
  Эта БД позволяет обеспечить доступ к БД при помощи языка SQL и обеспечить хранение информации в заданном пользователем виде. Для системы РВ не являющейся СЖРВ реляционная БД является оптимальной но для СЖРВ требуется обеспечение следующих условий: высокоскоростной сбор информации 1015 параметров за 1 секунду возможность хранения больших объемов информации обеспечение доступа к информации с различных рабочих станций по сетевому протоколу Для решения проблемы были разработаны БД БД реального времени: Industril SQLserver WizSQL...
45454. Комплексные программные средства разработки приложений РВ. Инструменты разработки систем автоматизации. IPC@Chip. Организация приложений на базе промышленного Ethernet 109 KB
  На текущий момент существует 3 различные системы обеспечивающие интеграцию АСУП и АСУТП. WizFctory Fctory Suile TFctory Данные системы объединяют уровень производственной информации т. Система позволяет строить диаграммы линейной логики и диаграммы функционирования системы. Гибкость и универсальность подхода создания любой системы автоматизации любой сложности 2.
45455. Устойчивость систем управления 57.5 KB
  В соответствии с классическим методом решение дифференциального уравнения ищется в виде: yt = yвынt yсвt. Здесь yсвt общее решение однородного дифференциального уравнения то есть уравнения с нулевой правой частью: oyn 1yn1 . Поэтому решение данного уравнения называется свободной составляющей общего решения. yвынt частное решение неоднородного дифференциального уравнения под которым понимается уравнение с ненулевой правой частью.
45456. Математические модели объектов управления в системах управления 1.07 MB
  Применять интегральный закон регулирования нельзя так как это приводит к повышению порядка астатизма системы второй порядок ибо сам объект является интегрирующим звеном. Системы с астатизмом второго порядка построить можно но требуется сложное корректирующее звено обладающее дифференцирующими свойствами. Часто системы с регуляторами рассматриваются как системы с встречнопараллельными корректирующими цепями. не учитывать некоторые особенности характеристик исследуемых элементов а также не учитывать отдельные связи если они не...
45457. Системы управления и регулирования. Использование структурных схем. Законы управления. Принципы управления, качество 83 KB
  И интегральный регулятор : Преимуществом данного регулятора является лучшая по сравнению с Прегулятором точность установки режима а недостатками худшие по сравнению с Прегулятором показатели качества а именно большая колебательность и меньшее быстродействие. ПИ регулятор : Объединяет два регулятора П и И следовательно обладает наилучшими свойствами по сравнению с вышеописанными регуляторами а именно за счет Псоставляющей улучшается показательные качества в переходном процессе а за счет Исоставляющей уменьшается...
45458. Системы управления при случайных воздействиях. Преобразование стационарного случайного сигнала стационарной линейной динамической системой 265.5 KB
  Системы управления при случайных воздействиях. Если задающее воздействие gt является случайным процессом то выходная координата системы yt и ошибка воспроизведения xt = gt yt представляют собой также случайные процессы. Следовательно при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки. Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы 9.
45459. Основные задачи анализа систем с минимальной средней квадратичной ошибкой: задача фильтрации, задача экстраполяции, задача дифференцирования и др 265.5 KB
  Если задающее воздействие gt является случайным процессом то выходная координата системы yt и ошибка воспроизведения xt = gt yt представляют собой также случайные процессы. Следовательно при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки. Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы 9.23 Следовательно для исследования статистической точности автоматических систем необходимо вычисление...