Optical Encoder : Gumagana, Mga Uri, Interfacing at Mga Application Nito

Ang Encoder ay isang motion-detecting device na nagbibigay ng feedback sa loob ng a closed-loop na sistema ng kontrol . Ang pangunahing function ng isang encoder ay upang baguhin ang umiikot na paggalaw o linear na paggalaw ng isang bahagi ng device sa isang electrical signal pagkatapos nito ihahatid sa control system, Sa pamamagitan ng paggamit ng isang encoder, ang eksaktong lokasyon ng mga bahagi ng device, ang bilis ng pag-ikot o direksyon nito. at ang anggulo at hindi. ng mga pagbabago sa baras ng motor ay maaaring makilala. Mayroong iba't ibang uri ng mga encoder na magagamit sa merkado na inuri batay sa uri ng teknolohiya, paggalaw, iba't ibang mga parameter, atbp. Ang mga encoder batay sa paggalaw ay inuri sa linear, rotary, at anggulo. Ang mga encoder batay sa posisyon ay inuri sa ganap na encoder at incremental na encoder . Ang mga encoder batay sa teknolohiya ng sensing ay inuri sa optical, magnetic, at capacitive. Ang mga encoder batay sa channel ay inuri sa iisang channel at quadrature. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng isa sa mga uri ng encoder optical encoder – pagtatrabaho at mga aplikasyon nito.

Ano ang Optical Encoder?

Ang isang electromechanical device na ginagamit upang baguhin ang posisyon mula sa umiikot o linear patungo sa isang electrical signal sa pamamagitan ng paggamit ng light source, optical grating at photosensitive detector ay kilala bilang optical encoder. Ang mga encoder na ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang machine tool, kagamitan sa opisina, at bilang mga high-precision na position control sensor sa mga robot na pang-industriya.

Disenyo ng Optical Encoder

Dinisenyo ang optical encoder na may LED, photo sensor, at disc na kilala bilang code wheel kasama ang mga slits sa loob ng radial na direksyon at nakakakita ng umiikot na data ng posisyon bilang optical signal. Kapag ang isang code wheel na nakakonekta sa isang rotary shaft tulad ng isang motor ay umiikot pagkatapos ay isang optical signal ay bubuo batay sa kung ang liwanag na nalilikha mula sa isang permanenteng light emitting element ay dumadaan sa buong slit ng isang code wheel o hindi. Napapansin ng photo sensor ang optical signal at pinapalitan ito ng electrical signal at pinapalabas ito.

Light Emitting Device

Sa mga optical encoder, ang mga murang IR LED ay ginagamit bagaman kung minsan, ang mga may kulay na LED na may mas maiikling wavelength ay ginagamit upang maglaman ng light diffusion. Bilang karagdagan, ang mga mamahaling laser diode ay ginagamit kung saan kailangan ang mataas na resolution at mataas na pagganap.

Lens

Ang LED light ay diffused light sa pamamagitan ng maliit na directivity upang ang isang convex lens ay ginagamit upang magkaparehas.

Code Wheel

Ang code wheel ay mukhang isang disc na may kasamang mga slits na nagpapahintulot o humaharang sa ibinubuga na ilaw mula sa light-emitting diode . Ang code wheel ay gawa sa metal, salamin at resin na materyales. Dito, ang metal na materyal ay malakas laban sa temperatura halumigmig at vibration.

Ang resin material ay hindi mahal ngunit angkop para sa mass production at ginagamit para sa mga consumer-based na application. Ang materyal na salamin ay pangunahing ginagamit kung saan kinakailangan ang pinakamataas na resolusyon at katumpakan. Bukod pa rito, nakaayos ang isang nakapirming slit malapit sa code wheel upang linawin ang pagpasa o pagharang ng ilaw mula sa mga LED pass sa buong code wheel at papunta sa light collecting element.

Sensor ng Larawan

Ang photo sensor ay karaniwang isang phototransistor/photodiode na gawa sa semiconductor material tulad ng silicon, germanium at indium gallium phosphide.

Paano Gumagana ang Optical Encoder?

Nakikita lang ng optical encoder ang mga optical signal na dumadaan sa buong slit at binabago ang mga ito sa mga electrical signal. Kung ikukumpara sa magnetic encoder, ang encoder na ito ay napakasimple para mapahusay ang katumpakan at resolution na gagamitin sa mga application saanman gumagawa ng malakas na magnetic field. Ang optical encoder ay nagbibigay-daan sa iba't ibang controllers para sa pagsukat ng iba't ibang uri ng paggalaw. Ang mga encoder na ito ay nag-aalok ng napakatumpak na mga signal ng feedback na ginagamit para sa pag-verify ng aktwal na posisyon, acceleration at bilis ng motor o linear actuator.

Optical Encoder Arduino

Dito natin matututunan kung paano ikonekta ang isang optical rotary encoder gamit arduino uno . Ito ay isang mekanikal na aparato na may rotary shaft sa isang cylindrical housing. Sa isang pabilog na flat disc, mayroong dalawang hanay ng mga puwang. Sa alinmang bahagi ng disc na ito, ang mga optical sensor ay konektado kung saan ang transmitter set ay nasa isang gilid at ang receiver na ipinadala ay nasa kabilang panig. Sa tuwing umiikot ang slotted disc sa pagitan ng sensor pagkatapos ay pinuputol nito ang optical sensor , kaya ang signal ay gagawin sa mga dulo ng receiver. Dito, ang receiver ay konektado sa isang microcontroller para sa pagproseso ng nabuong signal, sa paraang ito ay matutukoy natin kung gaano umiikot ang baras. Ang direksyon ng pag-ikot ng baras ay maaaring matukoy sa pamamagitan lamang ng paghahambing ng polarity ng signal para sa dalawang o/ps dahil ang dalawang hanay ng mga puwang sa circular disc ay nasa ilang offset.

Ang optical encoder interfacing sa Arduino ay ipinapakita sa ibaba. Ang mga kinakailangang bahagi para sa interfacing na ito ay pangunahing kinabibilangan ng optical encoder, Arduino Uno board, at mga connecting wire. Ang mga koneksyon ng interfacing na ito ay sumusunod bilang;

• Ang Red color wire ng encoder na ito ay konektado sa 5V pin ng Arduino Uno.
• Ang itim na kulay na wire ng encoder na ito ay konektado sa GND pin ng Arduino Uno.
• Ang White color wire (OUT A) ng isang optical encoder ay konektado sa interrupter pin ng Arduino Uno tulad ng Pin-3.
• Ang Green color wire (OUT B) ng encoder na ito ay konektado sa iba pang interrupter pin ng Arduino Uno tulad ng Pin-2.

Dito ang mga output wire mula sa optical encoder tulad ng puti at berdeng kulay na mga wire ay dapat na konektado lamang sa interrupt pin ng Arduino Uno board, kung hindi Arduino board ay hindi magtatala ng bawat pulso mula sa encoder na ito.

Code

pabagu-bago ng isip mahabang temp, counter = 0; //Ang variable na ito ay tataas o bababa depende sa pag-ikot ng encoder
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // panloob na pullup input pin 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // internalเป็น pullup input pin 3
//Pagse-set up ng interrupt
//Isang tumataas na pulso mula sa encodenren activated ai0(). Ang AttachInterrupt 0 ay DigitalPin nr 2 sa Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B tumataas na pulso mula sa encodenren activated ai1(). Ang AttachInterrupt 1 ay DigitalPin nr 3 sa Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Ipadala ang halaga ng counter
kung( counter != temp ){
Serial.println (counter);
temp = counter;
}
}
void ai0() {
// Ang ai0 ay isinaaktibo kung ang DigitalPin nr 2 ay mula LOW hanggang HIGH
// Suriin ang pin 3 upang matukoy ang direksyon
if(digitalRead(3)==LOW) {
counter++;
}iba{
kontra-;
}
}
void ai1() {
// Ang ai0 ay isinaaktibo kung ang DigitalPin nr 3 ay mula LOW hanggang HIGH
// Suriin gamit ang pin 2 upang matukoy ang direksyon
if(digitalRead(2)==LOW) {
kontra-;
}iba{
counter++;
}
}
Kapag na-upload na ang code sa itaas sa Arduino Uno board, buksan ang serial monitor at i-on ang shaft ng optical encoder. Kung iikot mo ang optical encoder sa direksyong clockwise, mapapansin mo ang pagtaas ng halaga at kung iikot mo ang encoder na ito sa counter-clockwise na direksyon, bababa ang halaga. Kung ang halaga ay nagpapakita ng reverse ay nangangahulugan ng pagbibigay ng negatibong halaga para sa isang clockwise na paggalaw. Kaya maaari mong baligtarin ang puti at berdeng mga wire.

Mga Uri ng Optical Encoder

Available ang mga optical encoder sa dalawang uri ng transmissive type at reflective type na tinatalakay sa ibaba.

Uri ng Transmissive

Sa isang transmissive type optical encoder, napapansin ng photo sensor kung pumasa o hindi ang ibinubuga na signal ng liwanag mula sa mga light-emitting diode sa buong slit ng code wheel. Ang mga pangunahing benepisyo ng isang transmissive type optical encoder ay kinabibilangan ng; pinapabuti nito ang katumpakan ng signal nang madali at simpleng pag-unlad dahil sa medyo simpleng optical lane.

Uri ng Mapanimdim

Sa isang reflective-type na optical encoder, napapansin ng photo sensor kung ang ibinubuga na signal ng liwanag mula sa light-emitting diode ay makikita o hindi sa pamamagitan ng code wheel. Ang mga bentahe ng reflective-type optical encoders ay pangunahing kasama; ito ay simple sa miniaturize at manipis. Dahil ang mga ito ay dinisenyo sa pamamagitan ng stacking technique; pagkatapos ay ang pamamaraan ng pagpupulong ay maaaring gawing simple.

Optical Encoder vs Magnetic Encoder

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang optical encoder at isang magnetic encoder ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga pakinabang ng isang optical encoder isama ang mga sumusunod.

• Ang optical encoder ay madaling nagpapabuti ng katumpakan pati na rin ang isang resolution sa pamamagitan ng pagbuo ng slit shape dahil mayroon itong mekanismo upang mapansin kung ang liwanag mula sa LED ay pumasa o hindi sa buong slit.
• Ang encoder na ito ay hindi apektado ng kalapit na magnetic field.
• Ang mga encoder na ito ay nagbibigay ng pinakamataas na resolution.
• Mas lumalaban ang mga ito sa interference ng electrical noise mula sa eddy currents.
• Ang mga encoder na ito ay may nababaluktot na mga opsyon sa pag-mount.

Ang disadvantages ng optical encoders isama ang mga sumusunod.

• Ang pangunahing disbentaha ng encoder na ito ay: ito ay mekanikal na hindi malakas.
• Ang mga encoder na ito ay may manipis na glass disk na maaaring masira ng matinding pagkabigla o matinding vibration.
• Ang mga encoder na ito ay nakadepende sa 'line of sight,' kaya sila ay higit sa lahat ay madaling kapitan ng dumi, langis at alikabok.
• Ang mga optical disk sa encoder na ito ay karaniwang idinisenyo gamit ang alinman sa plastik o salamin kaya mas maraming pagkakataon na masira mula sa matinding temperatura, vibrations, at kontaminasyon.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng mga optical encoder isama ang mga sumusunod.

• Ang mga encoder na ito ay perpekto para sa mga application na nangangailangan ng mataas na antas ng katumpakan at katumpakan.
• Ang mga ito ay ginagamit kung saan ang isang malakas na magnetic field ay ginawa.
• Naaangkop ito sa mga device na gumagamit ng malalaking diameter na motor.
• Tumutulong ang mga encoder na ito sa pag-detect ng mga optical signal na dumadaan sa buong slit at binabago ang mga ito sa mga electrical signal.
• Ang mga encoder na ito ay lubhang nakakatulong sa pagsukat at pagkontrol sa umiikot na paggalaw sa malawak na hanay ng mga application tulad ng spectrometers, lab equipment, centrifuges, mga medikal na device, CT scan system, atbp.
• Ang mga encoder na ito ay ginagamit sa mga application na nakabatay sa mataas na torque sa mga lugar na napakahigpit.
• Ginagamit ang mga ito sa mga programmable inspection device.
• Ginagamit ang mga ito sa komersyal o pang-industriyang kagamitan.
• Ginagamit ang mga ito sa mga kagamitan sa pagdodos ng kemikal.

1). Bakit Ginagamit ang mga Optical Encoder?

Ang mga optical encoder ay madaling nagpapabuti sa katumpakan pati na rin ang resolution kumpara sa magnetic encoder. Kaya't magagamit ang mga ito saanman nilikha ang isang malakas na magnetic field.

2). Ano ang Output ng isang Optical Encoder?

Ang optical encoder output ay isang electronic pulse na ginagamit bilang isang 'orasan' para sa sampling ng data.

3). Ano ang Resolution ng isang Optical Encoder?

Ang resolution ng isang optical encoder ay 20k pulse para sa bawat wheel revolution na ginagamit para sa mga kalkulasyon ng odometry.

4). Bakit mas mahusay ang Encoder kaysa Potentiometers?

Ang mga encoder ay maaaring umikot sa isang katulad na direksyon para sa isang hindi tiyak na panahon samantalang ang isang potentiometer ay karaniwang lumiliko sa isang solong rebolusyon.

5). Aling uri ng Encoder ang Malawakang ginagamit sa Robotics?

Ang mga optical encoder ay ginagamit sa mga robotics upang mag-record ng ganap o incremental na mga sukat.

Ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang optical encoder – mga uri , interfacing, gumagana, at mga application. Gumagamit ang mga optical encoder ng liwanag na ipinapasa sa salamin at natukoy sa pamamagitan ng isang receiver. Ang mga uri ng encoder na ito ay napakatumpak at lubhang kinakailangang mga bahagi sa iba't ibang mekanikal na sistema ng maraming industriya upang makapagbigay ng tumpak na impormasyon ng feedback. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang isang linear encoder?