Cómo realizar medidas de codificador de cuadratura

Codador y descripción general de la aplicación <br> El codificador es un dispositivo electromecánico que puede usarse para medir el movimiento mecánico o la posición objetivo. La mayoría de los codificadores usan sensores ópticos para proporcionar señales eléctricas en forma de trenes de pulso, que a su vez se pueden convertir en movimiento, dirección o información de posición.

Se pueden usar codificadores rotativos para medir el movimiento de rotación del eje. La Figura 1 muestra los componentes básicos de un codificador rotativo, que incluye un diodo emisor de luz (LED), una rueda de código y un sensor de luz en la parte posterior de la rueda de código. Esta rueda de código se coloca en un eje giratorio con áreas opacas y en forma de ventilador de transmisión de luz dispuestas en forma codificada. Cuando la rueda del código gira, los sectores opacos bloquean la luz y los sectores de transmisión de luz permiten que la luz pase. Esto produce pulsos de onda cuadrada que se pueden compilar en la posición correspondiente o la información de movimiento. El codificador generalmente se divide en 100 a 6000 sectores por revolución. Esto muestra que un codificador de 100 sectores puede proporcionar una precisión de 3.6 grados, mientras que un codificador del sector 6000 puede proporcionar una precisión de 0.06 grados.

Los codificadores lineales funcionan como codificadores rotativos. Utiliza una tira opaca fija para reemplazar el codificador rotativo, con algunos espacios transmisivos de luz en la superficie de la tira opaca, y el conjunto del detector LED está unido al cuerpo en movimiento.

Figura 1. Componentes de un codificador óptico

Solo un codificador de salida de pulso no puede determinar el ángulo de rotación, por lo que no es útil. Si se utilizan dos canales de código, y la diferencia de fase entre sus sectores es de 90 grados (como se muestra en la Fig. 2), los dos canales de salida del codificador de cuadratura pueden determinar la información de dos información de posición y dirección de rotación. Por ejemplo, si el canal A lidera la fase, el codificador gira en sentido horario. Si el canal B conduce la fase, entonces la rueda de código gira en sentido antihorario. Por lo tanto, al monitorear el número de pulsos y la información de fase relativa entre las señales A, B, es posible obtener la información de posición y dirección de la rotación al mismo tiempo.

Figura 2. Señales de salida de los codificadores de cuadratura A y B

Además, algunos codificadores de cuadratura también incluyen un tercer canal de salida llamado señal cero o señal de referencia. Se emite un solo pulso para cada rotación de este canal. Puede usar este pulso único para calcular con precisión una posición de referencia. En la mayoría de los codificadores, esta señal se llama eje o índice Z.

Hasta ahora, este artículo introdujo un codificador de cuadratura incremental de un solo extremo. Debido a que tanto las señales A como B están referenciadas a tierra, se denominan un solo extremo y cada señal tiene solo una (o solo una) línea. Otro codificador comúnmente utilizado es un codificador diferencial, y sus señales A y B tienen dos cables. Las dos líneas de la señal A son A 'y A, y las dos líneas de la señal B son B' y B, respectivamente. Debido a que estas cuatro líneas siempre emiten un nivel conocido (0V o VCC), esta estructura también se llama estructura de empuje. Cuando A es VCC, A 'es 0V. Por el contrario, cuando A es 0V, A 'es VCC. En el caso de un codificador de un solo extremo, A es VCC o flotante. El uso de la detección diferencial puede garantizar la precisión de la señal, por lo que los codificadores diferenciales generalmente se pueden usar en entornos con gran ruido eléctrico.

Con un codificador incremental, solo se puede calcular la información de cambio de posición (a partir de la cual se puede calcular la velocidad de movimiento y la aceleración), pero no se puede determinar la posición absoluta del objetivo. Aquí, introduciremos un tercer tipo de codificador: el codificador absoluto, que puede obtener la posición absoluta del objetivo. Este codificador, como el codificador incremental, tiene sectores opacos alternos y sectores transparentes. Sin embargo, un codificador absoluto utiliza una zona de múltiples componentes en la rueda de código del codificador para formar un canal de código concéntrico, al igual que un anillo de destino. La ruta del código concéntrico comienza desde el centro del código del codificador y se extiende hacia afuera hasta el exterior de la placa del código. Cada canal de código tiene el doble de la partición que su capa interna. La primera capa, el canal de código más interno, tiene solo un sector de transmisión de luz y un sector opaco; La segunda capa en el centro tiene dos sectores de transmisión de luz y dos sectores opacos; Y hay cuatro sectores de transmisión de luz y sectores opacos para el tercer canal de código. Si el codificador tiene 10 canales de código de capa, entonces el canal de código más externo tiene 512 sectores; Si hay 16 canales de código de capa, entonces el canal de código más externo tiene 32,767 sectores.

Debido a que el codificador absoluto tiene más de un número de sectores por canal de código que uno dentro de él, el número de sectores forma un sistema de conteo binario. En este tipo de codificador, cada canal de código en la rueda de código corresponde a una fuente de luz y un receptor. Esto significa que un codificador de 10 capas requiere 10 grupos de fuentes y receptores de luz, mientras que un codificador de 16 capas requiere 16 grupos de fuentes y receptores de luz.

La ventaja de un codificador absoluto es que puede reducir la velocidad del codificador y hacer que el codificador del codificador haga solo una revolución durante todo el ciclo de movimiento de la máquina. Si la máquina viaja 10 pulgadas y el codificador tiene 16 bits de precisión, entonces la precisión de la posición de la máquina es de 10/65,536, o 0.00015 pulgadas. Si la máquina viaja por más tiempo, como 6 pies, entonces un codificador rotativo grueso puede garantizar que cada pie se rastree; Una segunda etapa, llamada un codificador giratorio fino, puede rastrear distancias dentro de 1 pie. Esto significa que puede ajustar el codificador grueso para que gire alrededor de la distancia completa de 6 pies; También puede ajustar el codificador delgado para que pueda resolver un rango de 1 pie (o 12 pulgadas).

Cómo medir el uso de un codificador <br> Para usar un codificador para la medición, debe haber un dispositivo electrónico básico, el contador. El contador básico genera un valor a través de sus varios canales de entrada para indicar el número de bordes detectados (es decir, cambios de bajo a alto o alto en la forma de onda). La mayoría de los contadores tienen tres entradas umbral de entrada, fuente y selección de arriba/hacia abajo. El mostrador registra el número de eventos en la entrada de origen y cuenta de arriba o hacia abajo de acuerdo con el estado de la línea de selección Up/Down. Por ejemplo: si el bit de estado hacia arriba/hacia abajo es "alto", entonces el contador cuenta; Si el bit de estado hacia arriba/hacia abajo es "bajo", entonces el contador cuenta hacia abajo. La Figura 3 muestra un diagrama de contraportado simplificado.

Figura 3. Modelo simplificado del mostrador

Los codificadores generalmente tienen 5 cables que deben estar conectados. Diferentes codificadores, el color de estas líneas no es el mismo. Puede usar estos cables para alimentar el codificador y leer señales A, B y Z. La Figura 4 muestra una definición de interfaz típica para un codificador incremental.

Figura 4. Interfaz de codificador incremental

El siguiente paso es decidir dónde deben conectarse estas líneas. Como se mencionó anteriormente, la señal A está conectada al terminal de origen y se cuentan los pulsos en su señal. La señal B está conectada al puerto de selección hacia arriba/hacia abajo. Conecte cualquier fuente de alimentación de CC de +5V a las conexiones de energía y tierra en la mayoría de los casos, solo una línea digital para un dispositivo de adquisición de datos es suficiente.

Dado que se cuentan los bordes de la señal, lo siguiente que debe considerar es cómo estos valores deben convertirse en información de posición. El proceso de convertir el valor del borde en información de posición depende del tipo de codificación utilizada. Hay tres tipos básicos de codificación: x1, x2 y x4.

X1 codificación

La Figura 5 muestra el número de recuentos de más menos para un período de cuadratura y su tipo de codificación X1 correspondiente. Cuando el canal A dirige el canal B, el incremento se produce en el borde ascendente del canal A. Cuando el canal B lleva el canal A, la disminución ocurre en el borde caída del canal A.

Figura 5. Codificación X1

X2 codificación

La codificación X2 es similar al proceso anterior, excepto que cada recuento de borde del contador, un canal se incrementa o disminuye, dependiendo de qué canal se canalice. El valor del contador aumentará en 2 o disminuirá en 2 cada ciclo, como se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Codificación x2

X4 codificación

En el modo de codificación X4, el contador también aumenta o disminuye en cada borde de los canales A y B. Si el número de contadores aumenta o disminuye depende de qué canal se dirige qué canal. El número de contadores aumentará en 4 o disminuirá en 4 cada ciclo.

Una vez que haya establecido el tipo de codificación y el tipo de conteo de pulsos, puede usar la siguiente fórmula para convertir la información numérica en información de posición:

Para la posición de rotación

Cantidad de rotación

Donde n = número de pulsos generados por el codificador durante cada rotación del eje

x = tipo de codificación

Para posición lineal

Desplazamiento

Donde ppi = pulso por pulgada (este parámetro se relaciona con el codificador seleccionado)

Conectando el codificador al instrumento <br> En esta sección, tome el chasis NI CDAQ-9172 y el módulo de E/S digital de la Serie Ni 9401 C como ejemplo. El uso de diferentes instrumentos y equipos de medición es similar a este proceso.

Equipamiento usado:

CDAQ-9172: Ni CompactDaq Chasis USB de alta velocidad de 8 lótulas

NI 9401: 8 canales, 5 V/TTL Alta velocidad, módulo de E/S digital bidireccional

24 codificador de cuadratura de pulso/rotación

El NI 9401 tiene un conector D-Sub que proporciona conectividad para 8 canales digitales. Cada canal tiene un puerto de E/S digital que se puede conectar a un dispositivo de entrada o salida digital. Solo a través de las ranuras quinta y sexta en el chasis puede conectarse a los dos contadores en el CDAQ-9172; Por lo tanto, inserte el 9401 en la quinta ranura.

Según estas especificaciones, la conexión A en el codificador está conectada al PIN 14 y la conexión B está conectada al PIN 17 y la "potencia de 5 VCC" está conectada a cualquier línea de dígitos no utilizada establecida en "High". "" Conéctese a cualquier puerto COM.

Empezar a medir

Ahora que el codificador se ha conectado al dispositivo de medición, puede usar el software de programación gráfica NI LabView para transferir estos datos a una computadora para observación y análisis.

Extracto de: Ni "Guía de medición general"