Giải thích về bộ mã hóa: Nguyên tắc, loại và ứng dụng công nghiệp

Tổng quan về bộ mã hóa

Bộ mã hóa là một thiết bị cơ điện được gắn trên trục động cơ để theo dõi và phản hồi tốc độ và vị trí của động cơ bằng cách xuất ra các xung kỹ thuật số. Nguyên lý làm việc cốt lõi của nó như sau: bằng cách đếm các xung do bộ mã hóa tạo ra, hệ thống có thể tính toán độ dịch chuyển của vị trí hiện tại của động cơ so với vị trí đã biết cuối cùng, từ đó xác minh xem động cơ có đạt chính xác đến vị trí mục tiêu hay không.

Cấu trúc cơ bản của bộ mã hóa bao gồm nguồn sáng, đĩa (đĩa mã) với các khe được khắc dọc theo cạnh của nó và bộ thu ánh sáng. Khi đĩa mã quay cùng với trục động cơ, các khe sẽ cắt nguồn sáng tĩnh liên tục thành một chuỗi nhấp nháy. Bộ thu ánh sáng phát hiện những thay đổi này giữa ánh sáng và bóng tối và chuyển đổi chúng thành tín hiệu xung sóng vuông{2}}kỹ thuật số, sau đó được xuất ra bộ điều khiển chính. Nếu độ phân giải của bộ mã hóa khớp với độ phân giải bước của động cơ thì bộ mã hóa sẽ tạo ra một xung tương ứng cho mỗi bước chuyển động của động cơ.

I. Bộ mã hóa gia tăng

1. Nguyên lý làm việc và tín hiệu đầu ra

Bộ mã hóa gia tăng hoạt động bằng cách tạo ra một loạt xung trong quá trình chuyển động. Đĩa mã của nó có các khe phân bố đồng đều. Khi trục quay, một bộ thu quang điện cố định sẽ phát hiện những thay đổi trong ánh sáng truyền qua và tạo ra một chuỗi xung liên tục. Bộ mã hóa gia tăng tiêu chuẩn thường cung cấp hai tín hiệu sóng vuông-có độ lệch pha 90 độ (Kênh A và Kênh B), được gọi là "tín hiệu cầu phương". Mối quan hệ pha giữa hai tín hiệu này được sử dụng để xác định chính xác hướng quay.

2. Tính tương đối của thông tin vị trí và vấn đề mất điện-

Đầu ra bộ mã hóa gia tăngchuyển vị tương đốithông tin hơn là vị trí tuyệt đối. Sau khi hệ thống được bật nguồn, bộ mã hóa bắt đầu đếm và xuất các xung, đồng thời bộ đếm hoặc bộ điều khiển bên ngoài sẽ tích lũy các xung này để tính toán vị trí hiện tại. Tuy nhiên, khi mất điện, đầu ra xung sẽ dừng và nếu giá trị đếm được lưu bên ngoài không có nguồn điện dự phòng thì nó sẽ bị mất. Sau khi nguồn được phục hồi, bộ mã hóa không thể tự động biết vị trí trục hiện tại và giá trị đếm sẽ bắt đầu lại từ 0.

3. Sự cần thiết của việc dẫn đường (Trở lại tài liệu tham khảo)

Do những đặc điểm trên, các hệ thống sử dụng bộ mã hóa gia tăng phải thực hiện thao tác "homing" mỗi khi khởi động hoặc khởi động lại sau khi mất điện. Thao tác này thường điều khiển động cơ di chuyển cho đến khi điểm tham chiếu vật lý xác định trước được kích hoạt, chẳng hạn như công tắc giới hạn, công tắc từ hoặc xung chỉ số pha Z- trên đĩa mã hóa. Khi tìm thấy điểm này, hệ thống sẽ đặt lại hoặc đặt bộ đếm vị trí thành một giá trị đã biết, sau đó giá trị này đóng vai trò là tham chiếu tuyệt đối cho tất cả chuyển động tiếp theo.

4. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng

Thuận lợi:Cấu trúc tương đối đơn giản, chi phí thấp và độ tin cậy cao.
Nhược điểm:Thông tin vị trí bị mất sau khi tắt nguồn- và phụ thuộc vào thao tác dẫn đường; khả năng chống nhiễu-tương đối yếu và các xung nhiễu có thể bị tính nhầm vào vị trí.
Giải pháp:Đối với các ứng dụng yêu cầu duy trì vị trí sau khi-tắt nguồn, có thể sử dụng pin dự phòng để cấp nguồn cho bộ đếm hoặc bộ lưu trữ.

II. Bộ mã hóa tuyệt đối

1. Nguyên tắc cốt lõi: Mã hóa vị trí tuyệt đối duy nhất

Đặc điểm cơ bản của bộ mã hóa tuyệt đối là mỗi vị trí cơ học trên đĩa mã của nó được gán mộtmã kỹ thuật số độc đáo. Điều này thường đạt được bằng cách tạo ra nhiều rãnh mã đồng tâm trên đĩa (mỗi rãnh biểu thị một bit nhị phân) và sử dụng nhiều cảm biến quang điện độc lập. Do đó, ngay cả khi đứng yên hoặc tắt nguồn, tín hiệu đầu ra vẫn tương ứng trực tiếp với vị trí góc tuyệt đối của trục.

2. Giữ nguyên vị trí sau khi tắt nguồn-và có sẵn ngay khi bật nguồn-Mở nguồn

Vì thông tin vị trí được xác định duy nhất theo mẫu vật lý của đĩa mã nên bộ mã hóa tuyệt đối không bị mất vị trí sau khi -tắt nguồn. Khi hệ thống được bật lại, bộ điều khiển có thể đọc ngay mã vị trí tuyệt đối hiện tại mà không cần thực hiện bất kỳ thao tác dẫn đường nào, đạt được "bật nguồn và sẵn sàng -sử dụng", giúp cải thiện đáng kể hiệu quả và sự an toàn khi khởi động.

3. Các loại lượt-một lượt và nhiều lượt-

Bộ mã hóa tuyệt đối-một lượtcung cấp một giá trị vị trí duy nhất trong một vòng quay 360 độ và phù hợp cho các ứng dụng có phạm vi di chuyển nhỏ hơn một vòng quay.
Bộ mã hóa tuyệt đối nhiều{0}}lượtkhông chỉ cung cấp một giá trị duy nhất trong một vòng quay mà còn ghi lại số vòng quay thông qua hộp số bên trong hoặc cơ chế đếm điện tử. Chúng có thể cung cấp vị trí tuyệt đối toàn cầu qua nhiều lượt (ví dụ: lên tới 4096 lượt) và phù hợp cho các ứng dụng định vị hành trình dài.

4. Tín hiệu và lợi thế

Mã đầu ra:Mã màu xám được sử dụng phổ biến, trong đó chỉ thay đổi một bit giữa các vị trí liền kề, ngăn ngừa lỗi đọc một cách hiệu quả.
Khả năng chống{0}}nhiễu:Vị trí được xác định bằng cách đọc tức thời mẫu đĩa mã, do đó các xung nhiễu điện không thường xuyên được tích lũy, dẫn đến khả năng chống nhiễu mạnh.
Tính an toàn và linh hoạt cao:Vị trí có thể được xác minh ngay lập tức khi bật nguồn-, tránh những rủi ro do bắt đầu từ một vị trí không xác định; bất kỳ điểm nào cũng có thể được sử dụng làm tham chiếu có thể lập trình, giúp thiết kế hệ thống linh hoạt hơn.

III. Bộ mã hóa tuyệt đối cơ học (Loại từ tính)

Đây là một loại giải pháp cảm biến vị trí tuyệt đối mới dựa trên nguyên tắc cảm biến từ tính, kết hợp bộ nhớ tắt nguồn với khả năng chịu đựng môi trường cao.

1. Nguyên tắc phát hiện vị trí rẽ đơn{1}}

Lõi của nó bao gồm một nam châm tổng hợp đặc biệt được gắn ở trung tâm trục động cơ (với từ hóa lưỡng cực ở trung tâm và từ hóa đa cực ở ngoại vi) và các cảm biến từ điện trở tương ứng. Cảm biến sẽ đọcphương hướngcủa từ trường trung tâm để thu được góc tuyệt đối thô (ví dụ: được phân giải thành 180 độ), đồng thời phát hiệnthay đổi phacủa từ trường ngoại vi mật độ-cao để đạt được sự phân chia góc có độ phân giải-cao. Bằng cách kết hợp cả hai, có thể tính toán được vị trí tuyệt đối-một lượt rẽ chính xác.

2. Nguyên tắc phát hiện vị trí rẽ đa{1}}

Để đạt được khả năng phát hiện vị trí tuyệt đối ở nhiều góc rẽ, hệ thống sẽ giới thiệu một bộ truyền bánh răng chính xác. Bánh răng chính được lắp trên trục động cơ và theo sau là dãy bánh răng giảm tốc có tỷ số răng cụ thể. Mỗi thiết bị đều được trang bị nam châm và cảm biến riêng.

Nguyên tắc làm việc:Khi trục động cơ quay, mỗi bánh răng sẽ quay với tốc độ khác nhau. Các nam châm trên các bánh răng này tạo ra sự kết hợp độc đáo giữađộ lệch phaliên quan đến vị trí của họ. Hệ thống phát hiện pha từ thông của từng bánh răng và bằng cách giải mã tập hợp độ lệch pha này, hệ thống có thể xác định duy nhất vị trí cơ học tuyệt đối của trục động cơ trong phạm vi lên tới vài nghìn vòng quay.
Đặc điểm thiết kế:Số lượng răng của bánh răng được thiết kế đặc biệt sao cho sự kết hợp lệch pha chỉ lặp lại sau khi đạt đến số vòng quay tối đa có thể phát hiện được (ví dụ: 1800 vòng), nhờ đó đảm bảo tính duy nhất của mã vị trí. Các bánh răng chỉ được sử dụng để phát hiện và không mang tải điện. Chúng được làm bằng vật liệu nhựa tự bôi trơn, đảm bảo tuổi thọ lâu dài.

3. Ưu điểm cốt lõi và kịch bản ứng dụng

Không có pin, bộ nhớ vĩnh viễn:Thông tin vị trí được xác định bởi vị trí vật lý của bánh răng cơ khí và mẫu nam châm và không bao giờ bị mất ngay cả khi mất điện hoàn toàn.
Khả năng chịu đựng môi trường cao:Không có thành phần quang học chính xác và thiết kế cảm biến từ tính được bao bọc hoàn toàn, nó có khả năng chống bụi, ô nhiễm dầu, ngưng tụ, rung và một số cú sốc nhiệt độ nhất định tốt hơn nhiều so với bộ mã hóa quang học.
Cân bằng giữa chi phí và độ tin cậy:Mặc dù độ phân giải có thể không bằng độ phân giải của các bộ mã hóa quang học-hàng đầu nhưng cấu trúc mạnh mẽ, độ tin cậy cao và thiết kế-không dùng pin{2}}không cần bảo trì khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ bền, sự an toàn và loại bỏ việc bảo trì pin.

IV. Tài liệu tham khảo tóm tắt và lựa chọn

Phần kết luận

Đối với động cơ bước-vòng hở hoặc hệ thống servo tiêu chuẩn,bộ mã hóa gia tăngvẫn là lựa chọn phổ biến do tính hiệu quả-chi phí cao. Trong các ứng dụng yêu cầu "bật nguồn và sẵn sàng{3}}để-sử dụng", độ an toàn cao hoặc các chức năng định vị phức tạp,bộ mã hóa tuyệt đốilà không thể thiếu. Trong số các giải pháp tuyệt đối,bộ mã hóa tuyệt đối cơ họccung cấp cho các kỹ sư một giải pháp thay thế mạnh mẽ có thể đơn giản hóa thiết kế hệ thống và cải thiện độ tin cậy-lâu dài nhờ vàobộ nhớ vĩnh viễn không dùng pin-Vàđộ bền công nghiệp tuyệt vời.