Pokud vás někdy zajímalo, jak se v mechanických nebo elektronických systémech měří poloha, rychlost nebo směr, pravděpodobně jste narazili na pojem rotační kodéry. Tato zařízení jsou náležitosti v průmyslových aplikacích, automobilech, elektronických zařízeních a dokonce i robotice. Vaše schopnost transformace mechanické pohyby do elektrických signálů z nich dělá klíčové komponenty pro jakýkoli řídicí systém. Ale co to vlastně je a jaké typy existují? Toto fascinující téma prozkoumáme úplně a podrobně.
Un rotační kodérTaké známý jako kodér, je elektromechanické zařízení, které převádí rotační pohyb hřídele na elektrické signály. Tyto signály mohou být interpretovány elektronickými systémy pro úlohy, jako je výpočet úhlové polohy, rychlosti otáčení a směru osy. V závislosti na jeho konstrukci může kodér poskytovat relativní nebo absolutní měření a jeho implementace se liší v závislosti na specifické potřeby žádosti.
Jaké typy rotačních kodérů existují?
Rotační enkodéry se dělí hlavně na dva typy: absolutní a inkrementální. Obě varianty mají své vlastní funkce a aplikace, které prozkoumáme níže.
Inkrementální kodéry
Inkrementální kodéry poskytují informace založené na relativní změně polohy. Každé otočení hřídele generuje sérii elektrických impulzů. Analýzou těchto impulsů lze určit pohyb, směr a ujetou vzdálenost. Tyto kodéry si však nepamatují pozice ve kterých byli pro případ výpadku proudu. To z nich dělá ekonomickou a efektivní možnost měření relativních posunů, ale méně vhodné, pokud jsou od spuštění vyžadovány informace o absolutní poloze.
K interpretaci dat z a inkrementální kodérjsou použity dva výstupní kanály známé jako "A" a "B", které jsou vzájemně fázově posunuty o 90 stupňů. Tato mezera také umožňuje identifikovat směr pohybu, který je nezbytný pro aplikace vyžadující obousměrné ovládání.
Absolutní kodéry
Absolutní enkodéry jsou schopny přiřadit jedinečnou digitální hodnotu každé úhlové poloze osy. To znamená, že i když dojde ke ztrátě napájení, kodér uchová informace o poloze a poskytne je okamžitě po obnovení napájení. To je činí zvláště cennými v průmyslovém prostředí, kde přesnost a spolehlivost Jsou zásadní.
Tato zařízení obvykle používají různé výstupní metody, jako jsou binární kódy nebo Šedý kód, aby se předešlo chybám při přechodech. Navíc mohou nabídnout funkce jako např víceotáčkový, který umožňuje měřit jak polohu v rámci celé otáčky, tak i počet provedených otáček.
Jak fungují rotační kodéry?
Základním principem rotačního enkodéru je detekce pohybu rotujícího hřídele. V závislosti na typu se tento pohyb převádí na elektrické signály pomocí různých technologií:
- Optické kodéry: Používají děrovaný kotouč a světelný zdroj. Jak se kotouč otáčí, světlo prochází perforacemi a je detekováno fotoelektrickými senzory. V závislosti na poloze hřídele jsou generovány specifické vzory elektrických signálů.
- Magnetické kodéry: Zahrnují magnetický disk, který se otáčí před Hallovým jevem nebo magneto-odporovým senzorem. Tyto senzory detekují změny v magnetickém poli a převádějí je na elektrické signály.
- Kapacitní kodéry: Měří změny kapacity způsobené pohybem hřídele. Jsou ideální pro aplikace, které vyžadují vysokou přesnost a odolnost vůči nepříznivým podmínkám prostředí.
Výstup těchto zařízení může být analogový nebo digitální, v závislosti na konkrétní aplikaci. V praktických aplikacích jsou data generovaná kodérem odesílána do řadiče nebo mikroprocesoru, který interpretuje signály a používá je pro úkoly, jako je řízení pozice nebo rychlost.
Praktické aplikace rotačních snímačů
Rotační snímače jsou kritickými součástmi v celé řadě průmyslových odvětví. Některé příklady aplikací:
- Průmyslové řídicí systémy: CNC stroje, průmyslové roboty a automatizační procesy.
- Automobilový průmysl: Monitorování řízení a asistenční systémy v moderních vozidlech.
- Spotřebiče: Ovládání časovače a otočné knoflíky.
- Robotika: Přesné sledování pohybu v robotických pažích a autonomních systémech.
Výhody použití absolutních a inkrementálních kodérů
Každý typ kodéru má jedinečné výhody, díky kterým je vhodný pro konkrétní situace:
- Absolutní kodéry: Vyznačují se tím, že nabízejí vyšší přesnost v kritických aplikacích, zachování polohy po ztrátě napájení a snadnější integraci do víceosých systémů.
- Inkrementální kodéry: Jsou levnější a jsou obvykle ideální pro relativní měření a méně kritické úlohy.
Komunikační a propojovací protokoly
Spojení mezi kodérem a řídicím systémem závisí do značné míry na komunikační protokol. Některé z nejpoužívanějších jsou:
- SSI (Rozhraní sériové synchronizace): Ideální pro přenos dat s vysokým rozlišením a přesností.
- CAN Bus: Velmi rozšířený v automobilovém a průmyslovém průmyslu díky své robustnosti a účinnosti.
- BISS: Umožňuje obousměrnou komunikaci a je vhodný pro systémy, které vyžadují absolutní i přírůstková data.
Volba protokolu závisí na obou požadavky na aplikaci a také prostředí, ve kterém se kodér používá.
Díky své schopnosti kombinovat přesnost, spolehlivost a přizpůsobivost se rotační kodéry staly základními prvky v tak rozmanitých oborech, jako je robotika, automobilový průmysl a průmyslová automatizace. Bez ohledu na to, jaký typ kodéru si vyberete, je důležité zajistit, aby vyhovoval vašim konkrétním potřebám, aby byl zajištěn optimální výkon a bezproblémová integrace s ostatními komponentami systému.