Bộ mã hóa quang học: Làm việc, Các loại, Giao diện & Ứng dụng của nó

Bộ mã hóa là một thiết bị phát hiện chuyển động cung cấp phản hồi trong một hệ thống điều khiển vòng kín . Chức năng chính của bộ mã hóa là thay đổi chuyển động quay hoặc chuyển động tuyến tính của một bộ phận thiết bị thành tín hiệu điện, sau đó nó chuyển đến hệ thống điều khiển, Bằng cách sử dụng bộ mã hóa, vị trí chính xác của các thành phần thiết bị, tốc độ quay hoặc hướng của nó và góc & không. của chuyển đổi trục động cơ có thể được công nhận. Có nhiều loại bộ mã hóa khác nhau có sẵn trên thị trường được phân loại dựa trên loại công nghệ, chuyển động, các thông số khác nhau, v.v. Bộ mã hóa dựa trên chuyển động được phân loại thành tuyến tính, quay và góc. Bộ mã hóa dựa trên vị trí được phân loại thành bộ mã hóa tuyệt đối Và mã hóa gia tăng . Bộ mã hóa dựa trên công nghệ cảm biến được phân loại thành quang học, từ tính và điện dung. Bộ mã hóa dựa trên kênh được phân loại thành kênh đơn và cầu phương. Bài viết này thảo luận tổng quan về một trong các loại bộ mã hóa cụ thể là bộ mã hóa quang học - làm việc và các ứng dụng của nó.

Bộ mã hóa quang là gì?

Một thiết bị cơ điện được sử dụng để thay đổi vị trí từ quay hoặc tuyến tính sang tín hiệu điện bằng cách sử dụng nguồn sáng, cách tử quang & máy dò cảm quang được gọi là bộ mã hóa quang học. Các bộ mã hóa này được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ, thiết bị văn phòng khác nhau và làm cảm biến điều khiển vị trí có độ chính xác cao trong rô-bốt công nghiệp.

Thiết kế bộ mã hóa quang học

Bộ mã hóa quang được thiết kế với đèn LED, cảm biến ảnh & đĩa được gọi là bánh xe mã bao gồm các khe theo hướng xuyên tâm & phát hiện dữ liệu vị trí quay dưới dạng tín hiệu quang. Khi một bánh xe mã được kết nối với một trục quay giống như một động cơ quay thì tín hiệu quang học sẽ được tạo ra dựa trên việc liệu ánh sáng được tạo ra từ một phần tử phát sáng vĩnh viễn có đi qua khe của bánh xe mã hay không. Cảm biến ảnh nhận thấy tín hiệu quang học và thay đổi tín hiệu đó thành tín hiệu điện & xuất ra tín hiệu đó.

Thiết bị phát sáng

Trong bộ mã hóa quang học, đèn LED hồng ngoại rẻ tiền được sử dụng mặc dù đôi khi, đèn LED màu có bước sóng ngắn hơn được sử dụng để chứa sự khuếch tán ánh sáng. Ngoài ra, các đi-ốt laser đắt tiền được sử dụng ở những nơi cần độ phân giải cao và hiệu suất cao.

ống kính

Ánh sáng LED là ánh sáng khuếch tán qua định hướng nhỏ nên sử dụng một thấu kính lồi để làm song song.

bánh xe mã

Bánh xe mã trông giống như một cái đĩa bao gồm các khe cho phép hoặc chặn ánh sáng phát ra từ đi-ốt phát quang . Bánh xe mã được làm bằng vật liệu kim loại, thủy tinh và nhựa. Ở đây, vật liệu kim loại mạnh mẽ chống lại độ ẩm và độ rung của nhiệt độ.

Vật liệu nhựa không đắt tiền nhưng phù hợp để sản xuất hàng loạt và sử dụng cho các ứng dụng dựa trên người tiêu dùng. Vật liệu thủy tinh chủ yếu được sử dụng ở những nơi cần độ phân giải và độ chính xác tối đa. Ngoài ra, một khe cố định được bố trí gần bánh xe mã để làm rõ việc truyền hoặc chặn ánh sáng từ đèn LED truyền qua bánh xe mã & đi vào phần tử thu ánh sáng.

Cảm biến ảnh

Cảm biến ảnh thường là một phototransistor/photodiode được làm bằng vật liệu bán dẫn như silicon, germanium & indium gallium phosphide.

Bộ mã hóa quang hoạt động như thế nào?

Một bộ mã hóa quang chỉ đơn giản là phát hiện các tín hiệu quang truyền qua khe và biến chúng thành tín hiệu điện. So với bộ mã hóa từ tính, bộ mã hóa này rất đơn giản để cải thiện độ chính xác và độ phân giải để sử dụng trong các ứng dụng ở bất kỳ nơi nào tạo ra từ trường mạnh. Bộ mã hóa quang học cho phép các bộ điều khiển khác nhau đo các loại chuyển động khác nhau. Các bộ mã hóa này cung cấp các tín hiệu phản hồi rất chính xác được sử dụng để xác minh vị trí, gia tốc và vận tốc của động cơ hoặc bộ truyền động tuyến tính thực tế.

Bộ mã hóa quang học Arduino

Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu cách kết nối bộ mã hóa vòng quay quang bằng cách sử dụng arduino uno . Đây là một thiết bị cơ học có trục quay trong vỏ hình trụ. Trên một đĩa phẳng hình tròn có hai khe. Ở bất kỳ mặt nào của đĩa này, các cảm biến quang học được kết nối trong đó bộ phát nằm ở một bên và bộ thu được gửi ở một bên khác. Bất cứ khi nào đĩa có rãnh quay ở giữa cảm biến thì nó sẽ cắt cảm biến quang học , vì vậy tín hiệu sẽ được tạo ra ở đầu máy thu. Tại đây, bộ thu được kết nối với một bộ vi điều khiển để xử lý tín hiệu được tạo ra, theo cách này, chúng ta có thể xác định được trục quay bao nhiêu. Hướng quay của trục có thể được xác định đơn giản bằng cách so sánh cực tính của tín hiệu cho hai o/ps vì hai bộ khe trên đĩa tròn ở một số độ lệch.

Bộ mã hóa quang giao tiếp với Arduino được hiển thị bên dưới. Các thành phần cần thiết cho giao diện này chủ yếu bao gồm bộ mã hóa quang, bo mạch Arduino Uno và dây kết nối. Các kết nối của giao diện này như sau;

• Dây màu Đỏ của bộ mã hóa này được kết nối với chân 5V của Arduino Uno.
• Dây màu đen của bộ mã hóa này được kết nối với chân GND của Arduino Uno.
• Dây màu Trắng (OUT A) của bộ mã hóa quang được kết nối với chân ngắt của Arduino Uno như Chân-3.
• Dây màu Xanh lục (OUT B) của bộ mã hóa này được kết nối với chân ngắt khác của Arduino Uno như Chân-2.

Ở đây, các dây đầu ra từ bộ mã hóa quang học như dây màu trắng và xanh lá cây chỉ được kết nối với chân ngắt của bo mạch Arduino Uno, nếu không bo mạch Arduino sẽ không ghi lại từng xung từ bộ mã hóa này.

Mã số

nhiệt độ dài dễ bay hơi, bộ đếm = 0; // Biến này sẽ tăng hoặc giảm tùy thuộc vào vòng quay của bộ mã hóa
thiết lập vô hiệu ()

{

Nối tiếp.bắt đầu (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // chân đầu vào pullup bên trong 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // chân đầu vào pullup bên trong 3
//Thiết lập ngắt
// Một xung tăng từ mã hóa được kích hoạt ai0(). AttachInterrupt 0 là DigitalPin nr 2 trên Arduino.
AttachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B tăng xung từ encodenren kích hoạt ai1(). AttachInterrupt 1 là DigitalPin nr 3 trên Arduino.
AttachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
vòng lặp vô hiệu () {
// Gửi giá trị của bộ đếm
nếu (bộ đếm != tạm thời) {
Serial.println(bộ đếm);
tạm thời = bộ đếm;
}
}
khoảng trống ai0() {
// ai0 được kích hoạt nếu DigitalPin nr 2 chuyển từ THẤP lên CAO
// Kiểm tra chân 3 để xác định hướng
if(digitalRead(3)==LOW) {
bộ đếm ++;
}khác{
quầy tính tiền-;
}
}
khoảng trống ai1() {
// ai0 được kích hoạt nếu DigitalPin nr 3 đang chuyển từ THẤP lên CAO
// Kiểm tra với chân 2 để xác định hướng
if(digitalRead(2)==LOW) {
quầy tính tiền-;
}khác{
bộ đếm ++;
}
}
Sau khi mã trên được tải lên bảng Arduino Uno, sau đó mở màn hình nối tiếp và xoay trục của bộ mã hóa quang học. Nếu bạn xoay bộ mã hóa quang học theo chiều kim đồng hồ thì bạn có thể nhận thấy giá trị tăng lên và nếu bạn xoay bộ mã hóa này theo hướng ngược chiều kim đồng hồ thì giá trị sẽ giảm xuống. Nếu giá trị hiển thị ngược lại có nghĩa là đưa ra giá trị âm cho chuyển động theo chiều kim đồng hồ. Vì vậy, bạn có thể đảo ngược dây màu trắng và màu xanh lá cây.

Các loại bộ mã hóa quang học

Bộ mã hóa quang học có hai loại là loại truyền phát và loại phản xạ sẽ được thảo luận bên dưới.

Loại truyền

Trong bộ mã hóa quang loại truyền phát, cảm biến ảnh sẽ nhận biết liệu tín hiệu ánh sáng phát ra từ điốt phát quang có đi qua khe của bánh xe mã hay không. Những lợi ích chính của bộ mã hóa quang loại truyền dẫn bao gồm; nó cải thiện độ chính xác của tín hiệu một cách dễ dàng và phát triển đơn giản vì làn quang khá đơn giản.

Loại phản quang

Trong bộ mã hóa quang học kiểu phản xạ, cảm biến ảnh sẽ nhận biết tín hiệu ánh sáng phát ra từ đi-ốt phát quang có được phản xạ hay không qua bánh xe mã. Ưu điểm của bộ mã hóa quang loại phản xạ chủ yếu bao gồm; nó rất đơn giản để thu nhỏ & mỏng. Vì chúng được thiết kế thông qua kỹ thuật xếp chồng; sau đó thủ tục lắp ráp có thể được đơn giản hóa.

Bộ mã hóa quang Vs Bộ mã hóa từ tính

Sự khác biệt giữa bộ mã hóa quang học và bộ mã hóa từ tính bao gồm những điểm sau.

Ưu điểm và nhược điểm

Các Ưu điểm của bộ mã hóa quang bao gồm những điều sau đây.

• Bộ mã hóa quang học dễ dàng cải thiện độ chính xác cũng như độ phân giải bằng cách phát triển hình dạng khe vì nó có cơ chế nhận biết liệu ánh sáng từ đèn LED có đi qua khe hay không.
• Bộ mã hóa này không bị ảnh hưởng bởi từ trường gần đó.
• Những bộ mã hóa này cung cấp độ phân giải cao nhất.
• Chúng có khả năng chống lại sự can thiệp của tiếng ồn điện từ dòng điện xoáy.
• Các bộ mã hóa này có các tùy chọn gắn linh hoạt.

Các nhược điểm của bộ mã hóa quang bao gồm những điều sau đây.

• Nhược điểm chính của bộ mã hóa này là: nó không mạnh về mặt cơ học.
• Những bộ mã hóa này có một đĩa thủy tinh mỏng có thể bị hỏng do va đập mạnh hoặc rung động mạnh.
• Các bộ mã hóa này phụ thuộc vào “đường ngắm”, vì vậy chúng chủ yếu dễ bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, dầu và bụi.
• Các đĩa quang trong bộ mã hóa này thường được thiết kế bằng nhựa hoặc thủy tinh nên có nhiều khả năng bị hỏng do nhiệt độ khắc nghiệt, rung động và nhiễm bẩn.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ mã hóa quang bao gồm những điều sau đây.

• Những bộ mã hóa này rất lý tưởng cho các ứng dụng cần độ chính xác và độ chính xác cao.
• Chúng được sử dụng khi tạo ra từ trường mạnh.
• Nó được áp dụng trong các thiết bị sử dụng động cơ đường kính lớn.
• Những bộ mã hóa này giúp phát hiện các tín hiệu quang truyền qua khe và biến đổi chúng thành tín hiệu điện.
• Các bộ mã hóa này rất hữu ích trong việc đo lường và kiểm soát chuyển động quay trên nhiều ứng dụng như máy quang phổ, thiết bị phòng thí nghiệm, máy ly tâm, thiết bị y tế, hệ thống chụp CT, v.v.
• Những bộ mã hóa này được sử dụng trong các ứng dụng dựa trên mô-men xoắn cao ở những khu vực cực kỳ hạn chế.
• Chúng được sử dụng trong các thiết bị kiểm tra có thể lập trình.
• Chúng được sử dụng trong các thiết bị thương mại hoặc công nghiệp.
• Chúng được sử dụng trong các thiết bị định lượng hóa chất.

1). Tại sao bộ mã hóa quang được sử dụng?

Bộ mã hóa quang học dễ dàng cải thiện độ chính xác cũng như độ phân giải so với bộ mã hóa từ tính. Vì vậy, chúng có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào có từ trường mạnh được tạo ra.

2). Đầu ra của Bộ mã hóa quang là gì?

Đầu ra của bộ mã hóa quang học là một xung điện tử được sử dụng làm “đồng hồ” để lấy mẫu dữ liệu.

3). Độ phân giải của bộ mã hóa quang là gì?

Độ phân giải của bộ mã hóa quang học là 20k xung cho mỗi vòng quay của bánh xe được sử dụng để tính toán đo đường.

4). Tại sao Bộ mã hóa tốt hơn Chiết áp?

Bộ mã hóa có thể xoay theo một hướng tương tự trong một khoảng thời gian không xác định trong khi chiết áp thường quay một vòng.

5). Loại Encoder nào được sử dụng rộng rãi trong Robotics?

Bộ mã hóa quang học được sử dụng trong chế tạo rô-bốt để ghi lại các phép đo tuyệt đối hoặc gia tăng.

Đây là tổng quan về quang học bộ mã hóa - các loại , giao diện, làm việc và ứng dụng. Bộ mã hóa quang học sử dụng ánh sáng truyền qua thủy tinh và được xác định qua bộ thu. Các loại bộ mã hóa này là những thành phần rất chính xác và rất cần thiết trong các hệ thống cơ khí khác nhau của nhiều ngành công nghiệp để cung cấp thông tin phản hồi chính xác. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, bộ mã hóa tuyến tính là gì?