Optical Encoder : การทำงาน ประเภท การเชื่อมต่อ และการใช้งาน

Encoder เป็นอุปกรณ์ตรวจจับการเคลื่อนไหวที่ให้ข้อเสนอแนะภายใน ระบบควบคุมวงปิด . หน้าที่หลักของเอ็นโค้ดเดอร์คือการเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือการเคลื่อนที่เชิงเส้นของชิ้นส่วนอุปกรณ์เป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากนั้นจะส่งสัญญาณไปยังระบบควบคุม โดยการใช้เอ็นโค้ดเดอร์ ตำแหน่งที่แม่นยำของส่วนประกอบอุปกรณ์ ความเร็วในการหมุน หรือทิศทางของมัน และมุม & ไม่ ของการแปลงเพลามอเตอร์สามารถรับรู้ได้ มีเอ็นโค้ดเดอร์ประเภทต่างๆ ในตลาดซึ่งจำแนกตามประเภทของเทคโนโลยี การเคลื่อนไหว พารามิเตอร์ต่างๆ ฯลฯ เอ็นโค้ดเดอร์ที่ยึดตามการเคลื่อนไหวแบ่งเป็นเชิงเส้น แบบหมุน และแบบมุม ตัวเข้ารหัสตามตำแหน่งจะถูกจัดประเภทเป็น ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์ และ ตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้น . ตัวเข้ารหัสที่ใช้เทคโนโลยีการตรวจจับแบ่งออกเป็นออปติคอล แม่เหล็ก และคาปาซิทีฟ ตัวเข้ารหัสตามแชนเนลจะถูกจัดประเภทเป็นแชนเนลเดียวและแบบควอดราเจอร์ บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของตัวเข้ารหัสประเภทหนึ่งคือ ตัวเข้ารหัสแสง - การทำงานและการใช้งาน

Optical Encoder คืออะไร?

อุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้ในการเปลี่ยนตำแหน่งจากการหมุนหรือเชิงเส้นเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้แหล่งกำเนิดแสง ตะแกรงออปติคัลและตัวตรวจจับที่ไวต่อแสงเรียกว่าตัวเข้ารหัสออปติคัล เอ็นโค้ดเดอร์เหล่านี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องมือเครื่องจักร อุปกรณ์สำนักงาน และใช้เป็นเซ็นเซอร์ควบคุมตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

การออกแบบตัวเข้ารหัสแสง

ตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลได้รับการออกแบบด้วย LED เซ็นเซอร์ภาพถ่าย และแผ่นดิสก์ที่เรียกว่าวงล้อรหัส ซึ่งรวมถึงร่องภายในทิศทางรัศมี และตรวจจับข้อมูลตำแหน่งการหมุนเป็นสัญญาณแสง เมื่อโค้ดวีลเชื่อมต่อกับเพลาหมุน เช่น มอเตอร์หมุน สัญญาณแสงจะถูกสร้างขึ้นโดยขึ้นอยู่กับว่าแสงที่ผลิตจากองค์ประกอบเปล่งแสงถาวรจะผ่านเข้าไปในร่องของโค้ดวีลหรือไม่ เซ็นเซอร์ภาพจะสังเกตเห็นสัญญาณแสงและเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งออกไป

อุปกรณ์เปล่งแสง

ในเครื่องเข้ารหัสออปติคัล จะใช้ IR LED ราคาไม่แพง แม้ว่าบางครั้งจะใช้ LED สีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าเพื่อกระจายแสง นอกจากนี้ เลเซอร์ไดโอดราคาแพงยังถูกใช้เมื่อต้องการความละเอียดสูงและประสิทธิภาพสูง

เลนส์

ไฟ LED เป็นแสงกระจายผ่านทิศทางขนาดเล็กเพื่อให้ใช้เลนส์นูนเพื่อสร้างขนาน

ล้อรหัส

วงล้อรหัสมีลักษณะเหมือนแผ่นดิสก์รวมถึงรอยแยกที่อนุญาตหรือปิดกั้นแสงที่ปล่อยออกมาจาก ไดโอดเปล่งแสง . วงล้อรหัสทำด้วยวัสดุโลหะ แก้ว และเรซิน วัสดุโลหะมีความทนทานต่ออุณหภูมิ ความชื้น และการสั่นสะเทือน

วัสดุเรซินมีราคาไม่แพงแต่เหมาะสมสำหรับการผลิตจำนวนมากและนำไปใช้งานสำหรับผู้บริโภคเป็นหลัก วัสดุแก้วส่วนใหญ่จะใช้วัสดุที่มีความละเอียดและความแม่นยำสูงสุด นอกจากนี้ ยังมีการจัดเรียงสลิตตายตัวใกล้กับวงล้อรหัสเพื่อชี้แจงการผ่านหรือการปิดกั้นของแสงจาก LED ที่ผ่านไปทั่วทั้งวงล้อรหัส & เข้าสู่องค์ประกอบการรวบรวมแสง

โฟโต้เซนเซอร์

โฟโต้เซนเซอร์มักเป็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์/โฟโตไดโอดที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิกอน เจอร์เมเนียม และอินเดียมแกลเลียมฟอสไฟด์

Optical Encoder ทำงานอย่างไร?

ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลจะตรวจจับสัญญาณออปติคอลที่ผ่านตลอดร่องและเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้า เมื่อเทียบกับตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก ตัวเข้ารหัสนี้ง่ายมากในการปรับปรุงความแม่นยำและความละเอียดเพื่อใช้ในการใช้งานในทุกที่ที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูง ตัวเข้ารหัสออปติคัลช่วยให้ตัวควบคุมต่างๆ สามารถวัดการเคลื่อนไหวประเภทต่างๆ ได้ ตัวเข้ารหัสเหล่านี้ให้สัญญาณป้อนกลับที่แม่นยำมากซึ่งใช้สำหรับตรวจสอบตำแหน่ง ความเร่ง และความเร็วของมอเตอร์หรือตัวกระตุ้นเชิงเส้นจริง

ตัวเข้ารหัสออปติคัล Arduino

ต่อไปนี้เราจะเรียนรู้วิธีเชื่อมต่อออปติคอลโรตารีเอ็นโค้ดเดอร์โดยใช้ อาร์ดิโน อูโน . นี่คืออุปกรณ์เชิงกลที่มีเพลาหมุนในตัวเรือนทรงกระบอก บนแผ่นกลมแบนจะมีช่องอยู่สองชุด ที่ด้านใดก็ได้ของแผ่นดิสก์นี้ เซ็นเซอร์ออปติคัลจะเชื่อมต่อโดยชุดเครื่องส่งอยู่ด้านหนึ่งและเครื่องรับที่ส่งอยู่อีกด้านหนึ่ง เมื่อใดก็ตามที่แผ่น slotted หมุนเข้ามาระหว่างเซ็นเซอร์ มันจะตัด เซ็นเซอร์ออปติคัล ดังนั้นสัญญาณจะเกิดขึ้นที่ปลายเครื่องรับ ที่นี่ เครื่องรับจะเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อประมวลผลสัญญาณที่สร้างขึ้น ในลักษณะนี้ เราสามารถระบุได้ว่าเพลาหมุนมากน้อยเพียงใด ทิศทางของการหมุนของเพลาสามารถกำหนดได้โดยการเปรียบเทียบขั้วของสัญญาณสำหรับสอง o/ps เนื่องจากสล็อตสองชุดบนแผ่นกลมนั้นอยู่ในตำแหน่งตรงข้ามกัน

ตัวเข้ารหัสออปติคัลที่เชื่อมต่อกับ Arduino แสดงอยู่ด้านล่าง ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวเข้ารหัสออปติคัล บอร์ด Arduino Uno และสายเชื่อมต่อ การเชื่อมต่อของอินเตอร์เฟสนี้มีดังนี้

• สายสีแดงของตัวเข้ารหัสนี้เชื่อมต่อกับพิน 5V ของ Arduino Uno
• สายสีดำของตัวเข้ารหัสนี้เชื่อมต่อกับพิน GND ของ Arduino Uno
• สายสีขาว (OUT A) ของตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลเชื่อมต่อกับขาอินเตอร์รัปเตอร์ของ Arduino Uno เช่น Pin-3
• สายสีเขียว (OUT B) ของตัวเข้ารหัสนี้เชื่อมต่อกับขา Interrupter อื่นๆ ของ Arduino Uno เช่น Pin-2

ที่นี่ สายเอาต์พุตจากตัวเข้ารหัสแสง เช่น สายสีขาวและสีเขียวควรเชื่อมต่อกับขาขัดจังหวะของบอร์ด Arduino Uno เท่านั้น หากไม่ใช่บอร์ด Arduino จะไม่บันทึกพัลส์แต่ละตัวจากตัวเข้ารหัสนี้

รหัส

อุณหภูมิที่ผันผวนนาน ตัวนับ = 0; // ตัวแปรนี้จะเพิ่มหรือลดขึ้นอยู่กับการหมุนของตัวเข้ารหัส
การตั้งค่าเป็นโมฆะ ()

{

Serial.begin (9600);

โหมดพิน (2, INPUT_PULLUP); // พินอินพุตการดึงข้อมูลภายใน 2
โหมดพิน (3, INPUT_PULLUP); // ภายในเป็นขาอินพุตแบบดึงขึ้น 3
// การตั้งค่าการขัดจังหวะ
// ชีพจรที่เพิ่มขึ้นจาก encodenren เปิดใช้งาน ai0 () AttachInterrupt 0 คือ DigitalPin nr 2 บน Arduino
แนบการขัดจังหวะ (0, ai0, RISING);
// B พัลส์ที่เพิ่มขึ้นจาก encodenren ที่เปิดใช้งาน ai1() AttachInterrupt 1 คือ DigitalPin nr 3 บน Arduino
แนบ Interrupt (1, ai1, RISING);
}
โมฆะวน () {
// ส่งค่าของตัวนับ
ถ้า( ตัวนับ != ชั่วคราว ){
Serial.println (ตัวนับ);
อุณหภูมิ = ตัวนับ;
}
}
เป็นโมฆะ ai0 () {
// ai0 เปิดใช้งานหาก DigitalPin nr 2 เปลี่ยนจากต่ำไปสูง
// ตรวจสอบพิน 3 เพื่อกำหนดทิศทาง
ถ้า (digitalRead (3)==ต่ำ) {
เคาน์เตอร์ ++;
}อื่น{
เคาน์เตอร์-;
}
}
เป็นโมฆะ ai1() {
// ai0 เปิดใช้งานหาก DigitalPin nr 3 เปลี่ยนจากต่ำไปสูง
// ตรวจสอบด้วยพิน 2 เพื่อกำหนดทิศทาง
ถ้า (digitalRead (2) == ต่ำ) {
เคาน์เตอร์-;
}อื่น{
เคาน์เตอร์ ++;
}
}
เมื่อโค้ดด้านบนถูกอัปโหลดไปยังบอร์ด Arduino Uno แล้ว ให้เปิดจอภาพอนุกรมและหมุนเพลาของตัวเข้ารหัสออปติคอล หากคุณหมุนตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลในทิศทางตามเข็มนาฬิกา คุณจะสังเกตเห็นค่าที่เพิ่มขึ้นและถ้าคุณหมุนตัวเข้ารหัสนี้ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา ค่าจะลดลง หากค่าแสดงย้อนกลับหมายถึงการให้ค่าลบสำหรับการเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา คุณจึงกลับสายสีขาวและสีเขียวได้

ประเภทของตัวเข้ารหัสออปติคัล

ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลมีให้เลือกสองแบบคือแบบส่งผ่านและแบบสะท้อนแสงซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

ประเภทตัวส่ง

ในเครื่องเข้ารหัสออปติคัลชนิดส่งผ่าน เซ็นเซอร์ภาพจะสังเกตว่าสัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจากไดโอดเปล่งแสงผ่านหรือไม่ผ่านร่องของวงล้อรหัส ประโยชน์หลักของตัวเข้ารหัสออปติคัลชนิดส่งผ่าน ได้แก่ มันปรับปรุงความแม่นยำของสัญญาณได้ง่ายและการพัฒนาที่ง่ายเนื่องจากเลนแสงที่ค่อนข้างง่าย

ชนิดสะท้อนแสง

ในเครื่องเข้ารหัสออปติคอลชนิดสะท้อนแสง โฟโต้เซนเซอร์จะสังเกตว่าสัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจากไดโอดเปล่งแสงสะท้อนหรือไม่ผ่านวงล้อรหัส ข้อดีของตัวเข้ารหัสออปติคอลชนิดสะท้อนแสง ได้แก่ มันง่ายที่จะย่อขนาดและบาง เนื่องจากได้รับการออกแบบโดยใช้เทคนิคการวางซ้อนกัน จากนั้นขั้นตอนการประกอบจะง่ายขึ้น

ตัวเข้ารหัสออปติคอล Vs ตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก

ความแตกต่างระหว่างตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลและตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็กมีดังต่อไปนี้

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของตัวเข้ารหัสออปติคัล รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวเข้ารหัสออปติคอลปรับปรุงความแม่นยำและความละเอียดได้อย่างง่ายดายโดยการพัฒนารูปร่างสลิต เนื่องจากมีกลไกในการสังเกตว่าแสงจาก LED ผ่านหรือไม่ตลอดทั้งสลิต
• ตัวเข้ารหัสนี้ไม่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กที่อยู่ใกล้เคียง
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้ให้ความละเอียดสูงสุด
• สิ่งเหล่านี้ทนทานต่อการรบกวนของสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าจากกระแสไหลวน
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้มีตัวเลือกการติดตั้งที่ยืดหยุ่น

เดอะ ข้อเสียของตัวเข้ารหัสออปติคัล รวมสิ่งต่อไปนี้

• ข้อเสียเปรียบหลักของเอ็นโค้ดเดอร์นี้คือ: กลไกไม่แข็งแรง
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้มีจานแก้วบาง ๆ ที่อาจเสียหายได้จากการกระแทกอย่างรุนแรงหรือการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้ขึ้นอยู่กับ 'แนวสายตา' ดังนั้นตัวเข้ารหัสจึงมีความเสี่ยงต่อสิ่งสกปรก น้ำมัน และฝุ่นละอองเป็นหลัก
• โดยปกติแล้วออปติคัลดิสก์ในเอ็นโค้ดเดอร์นี้ได้รับการออกแบบด้วยพลาสติกหรือแก้ว ดังนั้นมีโอกาสที่จะเสียหายจากอุณหภูมิที่สูงมาก การสั่นสะเทือน และการปนเปื้อน

แอพพลิเคชั่น

เดอะ การประยุกต์ใช้ตัวเข้ารหัสออปติคัล รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำและความแม่นยำในระดับสูง
• ใช้ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูง
• ใช้ได้กับอุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้ช่วยในการตรวจจับสัญญาณออพติคัลที่ผ่านตลอดร่องและเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้า
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการวัดและควบคุมการเคลื่อนที่แบบหมุนผ่านการใช้งานที่หลากหลาย เช่น สเปกโตรมิเตอร์ อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ เครื่องหมุนเหวี่ยง อุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบสแกน CT เป็นต้น
• ตัวเข้ารหัสเหล่านี้ใช้ในการใช้งานที่ใช้แรงบิดสูงในพื้นที่จำกัดอย่างยิ่ง
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในอุปกรณ์ตรวจสอบที่ตั้งโปรแกรมได้
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในอุปกรณ์เชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม
• ใช้ในอุปกรณ์จ่ายสารเคมี

1). เหตุใดจึงใช้ตัวเข้ารหัสออปติคัล

ตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลปรับปรุงความแม่นยำและความละเอียดได้อย่างง่ายดายเมื่อเทียบกับตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็ก ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้ทุกที่ที่มีการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง

2). ผลลัพธ์ของตัวเข้ารหัสออปติคอลคืออะไร?

เอาต์พุตตัวเข้ารหัสออปติคัลคือพัลส์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เป็น 'นาฬิกา' สำหรับการสุ่มตัวอย่างข้อมูล

3). ความละเอียดของตัวเข้ารหัสออปติคอลคืออะไร?

ความละเอียดของตัวเข้ารหัสออปติคัลคือ 20k พัลส์สำหรับการหมุนรอบล้อแต่ละครั้งที่ใช้สำหรับการคำนวณการวัดระยะทาง

4). ทำไมตัวเข้ารหัสถึงดีกว่าโพเทนชิออมิเตอร์

เอ็นโค้ดเดอร์สามารถหมุนในทิศทางเดียวกันได้ในระยะเวลาไม่จำกัด ในขณะที่โพเทนชิออมิเตอร์มักจะหมุนรอบเดียว

5). Encoder ประเภทใดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาการหุ่นยนต์

ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์เพื่อบันทึกการวัดแบบสัมบูรณ์หรือแบบเพิ่ม

นี่คือภาพรวมของออปติคัล เอ็นโค้ดเดอร์ – ประเภท การเชื่อมต่อ การทำงาน และแอพพลิเคชั่น ตัวเข้ารหัสออปติคัลใช้แสงที่ส่องผ่านกระจกและระบุผ่านตัวรับ เอ็นโค้ดเดอร์ประเภทนี้เป็นส่วนประกอบที่มีความแม่นยำและจำเป็นมากในระบบกลไกต่างๆ ของหลายอุตสาหกรรมเพื่อให้ข้อมูลป้อนกลับที่แม่นยำ นี่คือคำถามสำหรับคุณ อะไรคือตัวเข้ารหัสเชิงเส้น?