Когда вам нужно измерить скорость, направление движения или положение вращающегося вала, вам, вероятно, потребуется поворотный энкодер. И когда придет время выбирать, есть два основных типа, которые следует учитывать: инкрементный энкодер и абсолютный энкодер.

Правильный выбор важен, поэтому мы подготовили это краткое руководство по абсолютным энкодерам, чтобы помочь вам понять, что они собой представляют, чем отличаются от инкрементных энкодеров и в каких ситуациях они могут вам понадобиться.

Что такое абсолютный энкодер?

Абсолютный энкодер предоставляет уникальное значение положения или слово данных в каждой точке вращения, представляющее «абсолютное» положение энкодера. С момента включения абсолютный энкодер может сообщить вам точное положение вращающегося вала, который он измеряет. Он делает это, используя оптический, магнитный или емкостной датчик для считывания уникального кода с диска, который вращается вместе с валом. Важно отметить, что абсолютный энкодер может делать это, не требуя вращения вала, и может отслеживать это положение даже в случаях временной потери питания. Чем больше уникальных кодов на диске энкодера, тем точнее будет ваше показание положения.

Разрешения представлены в битах (двоичных цифрах), которые соответствуют количеству уникальных слов данных за один оборот. Абсолютные энкодеры также бывают однооборотными и многооборотными вариантами. Однооборотные энкодеры предоставляют данные о положении за один полный оборот, 360°, при этом выход повторяется для каждого оборота вала. Многооборотные энкодеры также предоставляют данные о положении за один оборот, но имеют дополнительный счетчик «оборотов», который измеряет количество оборотов.

Абсолютные против инкрементных энкодеров

И наоборот, инкрементный энкодер работает путем генерации импульсов при вращении вала. Типичный инкрементный энкодер генерирует 2 прямоугольные волны со сдвигом фаз на 90 градусов. Эти импульсы должны отслеживаться или подсчитываться электроникой, внешней по отношению к энкодеру.

Типичные формы сигналов инкрементного энкодера со сдвигом фаз на 90°

Разрешения представлены количеством импульсов на оборот, PPR, и представляют собой количество высоких импульсов, которые инкрементный энкодер будет иметь с любого из своих прямоугольных выходных сигналов.

Поскольку выход инкрементного энкодера всегда находится только в одном из 4 повторяющихся состояний, энкодер должен быть привязан к известному фиксированному положению или «дому», чтобы предоставить значимую информацию о положении. Из домашнего положения, часто выровненного с индексным импульсом энкодера, можно отслеживать инкрементное изменение вращения вала, и тогда будет известно абсолютное положение вала. Это должно происходить каждый раз, когда вы включаете инкрементный энкодер, или в случаях временной потери питания. Следовательно, требуется больше времени, чтобы получить показание абсолютного положения, и вал должен вращаться, чтобы предоставить его.

Инкрементные энкодеры менее сложны, чем абсолютные модели, и поэтому, как правило, дешевле (хотя разница в цене сокращается). Если вы только контролируете скорость, направление движения или относительное положение, инкрементный энкодер обычно является лучшим вариантом, но когда абсолютное положение является вашей ключевой задачей, абсолютный энкодер — это то, что вам нужно.

Почему следует выбрать абсолютный энкодер вместо инкрементного?

Во-первых, поскольку абсолютный энкодер поддерживает положение вала, положение известно, как только вы подаете на него питание. Вам не нужно ждать завершения последовательности калибровки или привязки к исходному положению, и вы можете получить необходимые данные о положении быстрее при запуске или после сбоя питания, даже если вал был повернут, когда энкодер был выключен.

Знание абсолютного положения при запуске может быть важно во многих системах, где в определенных положениях безопасно продолжать вращение вала в одном направлении, но не в другом. В зависимости от применения, неправильное понимание этого может привести к повреждению оборудования, телесным повреждениям или, что еще хуже. В таких ситуациях крайне важно знать точное положение вашего вращающегося устройства, прежде чем какие-либо детали начнут двигаться.

Не менее важно, что абсолютный энкодер обеспечивает истинное положение в режиме реального времени. Поскольку все больше и больше систем становятся цифровыми с подключением к центральной коммуникационной шине, возможность опроса энкодера для получения информации о положении в реальном времени, когда и по мере необходимости, с минимальной задержкой, имеет большое преимущество. Чтобы отслеживать свое положение с помощью инкрементного энкодера, даже после последовательности привязки к исходному положению, вам необходимо отслеживать все импульсы с помощью внешней схемы (обычно с помощью квадратурного декодирования). В дополнение к необходимой внешней схеме это также означает, что существует некоторая задержка в определении положения.

Абсолютные энкодеры генерируют уникальное цифровое «слово» для каждой позиции в указанном разрешении

Есть и другие преимущества. Системы, в которых реализованы абсолютные энкодеры, обычно менее восприимчивы к электрическим шумам, потому что они получают информацию о положении, считывая код с проверкой ошибок с двоичных энкодеров или в цифровом виде по последовательной шине, а не с инкрементных энкодеров, которым необходимо подсчитывать импульсы.

С этим связано то, что относительно просто объединить более одного абсолютного энкодера в одной системе — возможно, для автоматизации производства или в роботизированной руке с несколькими суставами. Если вы используете инкрементные энкодеры, мониторинг выходов с нескольких устройств может стать очень сложным, требующим значительной вычислительной мощности. Но с абсолютными энкодерами, особенно теми, которые можно подключить к центральной коммуникационной шине, вы можете получать данные с каждого из них по отдельности, что требует гораздо меньше вычислительной мощности для интерпретации показаний.

Применение абсолютных энкодеров

Изложив основные различия между абсолютными и инкрементными энкодерами, давайте кратко рассмотрим некоторые конкретные сценарии, в которых используются абсолютные энкодеры.

Ключевым рынком является робототехника — быстро расширяющаяся область, охватывающая широкий спектр секторов. В производстве вы найдете роботизированные руки, используемые для сборки, сварки, распыления краски и других задач. Вы также найдете их в здравоохранении. Например, для дистанционной хирургии требуется большое количество исключительно точной информации о положении от роботизированных рук. Роботы-помощники для дома — еще один новый пример использования абсолютных энкодеров.

Однако это только одна область, и, поскольку все больше систем переходят на цифровые технологии, а разрыв в ценах между инкрементными и абсолютными энкодерами сокращается, разнообразие применений абсолютных энкодеров становится почти бесконечным, как на промышленных, так и на потребительских рынках. От автоматических ворот и карданных подвесов камер до автоматизации производства — абсолютные энкодеры — это очень эффективный и все более экономичный способ определения положения.

Варианты абсолютных энкодеров

Выбор правильного типа энкодера для дизайна вашего продукта имеет важное значение, поэтому так важно понимать основные различия между инкрементными и абсолютными энкодерами. С сокращением разрыва в ценах и изменением технологий абсолютные энкодеры имеют много явных преимуществ перед своими инкрементными аналогами, что делает их интригующим вариантом для ваших требований к обратной связи по положению.