Эндекодеры

Энкодеры предназначены для решения одной из самых важных задач в области промышленной автоматизации – измерению линейных и угловых перемещений, незаменимы при измерении скорости и ускорения. Существует два принципиально различных способа такого кодирования : абсолютный и инкрементальный.                                                                 Инкрементальные энкодеры преобразуют механическое вращение вала в набор электронных импульсов, а абсолютные энкодеры позволяют в любой момент времени знать текущий угол поворота оси, в том числе и после пропадания и восстановления питания. Кроме того, энкодеры различаются по принципу действия:
1) с щеточными контактами;
2) резисторные (потенциометры);
3) оптические;
4) магнитные (на датчиках Холла);
5) индуктивные;
6) ёмкостные.Широко используются в промышленном оборудовании, подъемниках, роботах, медицинском и лабораторном оборудовании для контроля скорости и координат. Схематически энкодер выглядит так (см. рис 1):

                           [pic 1]

                               Рисунок 1- Схема эндекодера.

2.  Устройство и принцип работы

Теоретически принцип работы углового энкодера (см. рис 2)  чрезвычайно прост. Прибор включает жестко закрепленный на валу диск с делениями, каждое из которых однозначно определяет некоторый диапазон положений вала, и устройство для считывания этих делений.

[pic 2]

                      Рисунок 2- Схема подключения эндекодера.[pic 3]

2.1. Устройство оптического датчика линейных перемещений

Линейные энкодеры вырабатывают электрические сигналы, пропорциональные перемещению  датчика  относительно  масштабной

шкалы,  и  широко  применяются  для  измерения больших перемещений с высокой точностью в металлообрабатывающих и других станках.  Принцип  действия  оптического  датчика  перемещений поясняется на рис. 3. Излучение инфракрасного  светодиода 1 отражается  от  наклонных

штрихов  масштабной  шкалы  в  виде  ленты 2, 5  с поперечными штрихами с периодом в 40 мкм  и, проходя сквозь прозрачную фазовую дифракционную  решетку 3, возвращается  обратно  в  считывающую  головку.  Это  приводит  к  тому,  что  в плоскости детектора 4 образуются интерференционные полосы. Оптическая схема устроена таким образом, что она усредняет вклад в интерференционную картину от 80 масштабных штрихов и игнорирует  сигналы,  не  соответствующие  расстоянию  между  масштабными  штрихами.  Этим  обеспечивается стабильность выходного сигнала даже в том случае, если масштабная лента немного повреждена или на ней присутствует загрязнение. Линейность масштабной шкалы на длине 60 мм равна ± 1 мкм и составляет менее ± 3 мкм на длине 1 м. Конструктивно датчик (рис. 2) состоит из считывающей  головки  и  электронной  платы —

интерполятора, преобразующего сигнал головки в  аналоговый  или  цифровой  сигнал  и  масштабной  ленты,  расположенной  в непосредственной близости к головке. При движении ленты относительно  головки  на  выходе  интерполятора выделяется цифровой сигнал в виде меандра с периодом,  соответствующим  смещению  ленты  на 100 нм.

                       [pic 4]

 Рис.3.  Принцип действия оптического датчика линейных перемещений.

 1.Излучающий светодиод; 2- масштабная лента; 3-прозрачная дифракционная решетка ;4-фото-приемник; 5-профиль масштабно ленты

        2.2. Конструкция сканера с оптическими эндекодерами линейных перемещений

На  рис.4.  представлена  конструкция  СЗМ сканера  с  оптическими  линейными  энкодерами. Подобные сканеры, но без энкодеров, применяют-

ся в СЗМ "NanoEducator" [10, 11].  Корпус 1 представляет собой металлический куб с отверстиями в каждой грани. На гранях корпуса в указанных отверстиях  закреплены три  дисковых металло-пьезокерамических элемента 2 (далее — пьезоэлементы),  каждый  из  которых  представляет  из  себя круглую  металлическую  мембрану,  к  которой приклеен  тонкий  диск  из  пьезокерамики  с  нанесенными на него проводящими электродами. Элемент 2 зажат  по  периметру  в  отверстиях  куба  и имеет  возможность  прогибаться  под  действием управляющего  напряжения.  При  прогибе  пьезоэлемента 2 перемещается  металлическая  ось 3, приклеенная к центру пьезоэлемента  через втулку 4. Аналогичная ось (на рис. 2 не показана) перемещается  в  перпендикулярном  направлении.