32. Циу пространственного преобразования. Циу линейных перемещений с кодовыми линейками и дисками. Индуктосины., конструкции, осн параметры, применения. Понятие об энкодерах.

В ЦИУ про­странственного преобразования измеряемая величина вначале преобразуется в пространственный параметр (линейное или угловое перемещение), значе­ние которого в дальнейшем определяется с помощью спе­циальной кодирующей маски (линеек, дисков) снабженной считывающим устройством. Кодирование информации в таких ЦИУ осуществляется кодирующие линейки и диски. Значение разрядных коэффициентов (1 или 0) задается в них в виде проводящих и непроводящих, про­зрачных и непрозрачных, магнитных и немагнитных уча­стков и т. п. Соответственно используют контактные, фотоэлектрические и др считывающие устройства. На один кодовый разряд нужна одна кодовая «дорожка» и одно считывающее уст­ройство.

На рис. 3.1 - диск с пятиразрядным двоич­ным кодом (затем­ненные участки - едини­ца данного разря­да), ниже ЦИУ пространственного преобразования с кодовой линейкой. Отсчетные устройства крепят неподвижно на одном радиусе. В исходном состоянии отсчетное устройство выдает код 00000, а при повороте на - 00101 и т.д. на границах кодовых участков м/быть ошибки из-за неидеальности конструктивных элементов, н-р, на границе кодов 01111 (15) и 10000 (16) м/быть считаны коды 11111 (31) и 00000 (0) за счет перекоса осевой линии отсчетных устройств. Чтобы избежать неоднозначности, самый удобный способ – использовать циклические коды, тогда коды, расположенные на границе, отличаются только в одном разряде. Наиб распространенный – код Грея. В данной схеме положение контактовl относительно начала координат преобразуется в параллельный 4-х разрядный двоичный код, соответствующий высоким и низким уровням напряжения. Линейка содержит контактные дорожки с чередующимися контактными и изолированными дорожками. Если контакт соответствующего разряда оказался на изолированном участке, то, на проводящем. В масках и дисках, кода, которые соответствуют коду числа 0, делаются для получения симметричной характеристики преобразования равными половине кванта младшего разряда. Пространственное расположение группы контактов относительно начала линейки и определяет выходной код. Количество разрядов теоретически может быть выполнено любым – все определяют лишь размеры кодовой линейки, минимально возможные размеры проводящих участков и значения приложенных напряжений. Очевидно, что кроме контактных элементов считывания могут быть и бесконтактные: фотоэлектрические, магнитные, индуктивные, индукционные, емкостные (наиболее перспективные фотоэлектрические и индукционные). Единственной проблемой в ЦИУ пространственного преобразования является неоднозначность результата преобразования при попадании считывающего устройства на границы чередующихся участков линеек.

Другой широко распространенный тип ЦИУ – индуктосин. Основой его являются два диска из немагнитного и непроводящего твердого материала (обычно стекло), на которых методами фотогальваники нанесены печатные обмотки:

При вращении ротора в обмотке статорной части наводится напряжение U_вых, максимумы огибающей которого соответствуют такому положению печатных обмоток ротора и статора, когда К_ТР между ними максимален – обмотки расположены симметрично по отношению друг к другу. Минимум сигнала будет при сдвиге обмоток на половину ширины петли обмоток. Угловой квант определяется средним значением петель обмотки, что усредняет погрешности изготовления печатных проводников. Довольно часто такие ЦИУ содержат редуктор и каналы грубого и точного отсчета, существенно повышающие точность измерения.

Датчик угла или преобразователь угол-код (энкодеры) — устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Широко применяются в промышленности. Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения. Энкодеры могут быть как оптические, резисторные, так и магнитные.

Инкрементальные энкодеры

Инкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов. Они генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образом показывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту.

Абсолютные энкодеры - как оптические, так и магнитные имеют своей основной рабочей характеристикой число шагов, то есть уникальных кодов на оборот и количество таких оборотов, при этом не требуется первичной установки и инициализации датчика. Поэтому абсолютные энкодеры не теряют свою позицию при исчезновении напряжения. Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея.

Оптические энкодеры

Оптические энкодеры имеют жёстко и закреплённый соосно валу стеклянный диск с прецизионной оптической шкалой. При вращении объекта оптопара считывает информацию, а электроника преобразовывает её в последовательность дискретных электрических импульсов. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика. Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры вращения оптического диска.