CẢM BIẾN VỊ TRÍ

ENCODER

Th.s Trần Văn Trinh

Optical encodeer

Why Optical Encoders?

• High accuracy• High reliability• Relatively low cost

Optical encoder

(1) Code wheel(2) Motor shaft(3) Light emitting element(4) Light receiving element

Application

• Machine tools and Robotics• Inspection equipment• Aerospace and Aviation• Medical imaging ( MRI, x-ray imaging )• Semiconductor manufacturing• Surveying and Telescopes

The Basic Princple• Light Source.• Graduated Disk.• Photovoltaic

Cells• Condenser Lens• Scanning Reticle

Encoders• Rotary Encoder ( Multi-turn )• Angle Encoder ( Single-turn )• Linear Encoder

Rotary Encoders

• Incremental ( Quadrature )• Absolute• Virtual Absolute ( VA )

Encoder loại tương đối

• Gồm:– Một bộ thu phát

quang.– Một đĩa với các rãnh.– Một trục quay.– Cáp nguồn và tín

hiệu.

Loại 1 kênh

Encoder quang loại một kênh

• Vị trí được xác địnhdựa vào số xung đếnđược.

• Số rãnh trên mỗivòng xác định số gócứng nhất đới từngrãnh.

Encoder quang loại một kênh

• Encoder quang loại một kênh không chothông tin về hướng.

Ví dụ• Một ebcoder quang gồm 360 rãnh, bắt đầu từ vị

trí chuẩn (reference). Cảm biến quang đếm 100rãnh cùng chiều kim đồng hồ và 30 rãnh theochiều ngược lại rồi 45 rãnh theo cung chiều kimđồng hồ. Tìm vị trí hiện tại?

Giải

Encoder 360 độ thì mỗi rãnh có giá trị góc là mộtđộ. Vậy vị trí hiện tại là:

100 – 30 + 45 = 115 độ theo chiều kim đồng hồ.

Encoder quang loại 2 kênh• Encoder một kênh không xác định được chiềuquay của trục.

• Loại hai kênh khắc phục khuyết điểm trên

Encoder quang 2 kênh• Đĩa quay encoder 2 hênh.

• V1 và V2: vị trí hai cảmbiến quang.

• CCW và CW: chiều quayngược và cùng chiều kimđồng hồ

• Dạng sóng ngõ ra hai cảmbiến khi quay CCW.

•Dạng sóng ngõ ra hai cảmbiến khi quay CW.

Encoder

Mạch giải mã encoder

• Mạch đếm tăng dần mỗi khi đĩa quay cùng chiềukim đồng hồ (CW).

• Mạch đếm giảm dần mỗi kho đĩa quay theo chiềungươc chiều kim đồng hồ (CCW).

Mạch giải mã encoder

• Cách đơn giản nhất để thực hiện mạchgiải mã là dùng flip-lop.

Mạch giải mã và dạng sóng giải mã của V1 và V2.

Ví dụ

• Cho hệ thống cảm biến vị trí như trong hình trên. Sửdụng encoder loại 250 xung/vòng. Giá trị hiện tại của bộđếm là 00100110. Tìm vị trí góc hiện tại?

• Giải

Encoder gồm 250 xung. Vậy 1 xung ứng với360/250 = 1.44 độ. Giá trị nhị phân của bộ đếm là:00100110 tương đương số thập phân là 38. vậy vịtrí hiện tại là: 38x1.44 = 54.72 độ.

Encoder tuyệt đối

PCB for absolute rotary encoders

absolute encoders

Encoder tuyệt đối

Đĩa Encoder tuyệt đối4 bit

Encoder loại tuyệt đối

• Loại đơn giản nhất gồm hai bít ngõ ra.

Encoder loại tuyệt đối

• Loại mã hóa 4 bit nhị phân từ 0000 tới 1111.

Application

Measuring Lengthwith Wheels and Rolls

Ballscrew PositionTable Example

Encoder tuyệt đối

• Để chính xác hơn, người ta thêm mộtxung hiệu chỉnh như hình sau:

Thêm một cảm biến để đọc xung chính xác hơn.

Encoder tuyệt đối, mã gray

Encoder tuyệt đối• The absolute encoder that is sketched above uses four

bits to encode the position of the disc.• Four light detectors are needed to determine the

absolute position of the disc.• The right figure shows a simple binary scheme of

encoding.• This type of encoding has the disadvantage that at the

transition from 1111 to 0000 all four bits change at atime.

• This may lead to decision errors when the transition isnot done exactly simultaneous.

• There are some ways to overcome this problem, thatare shown in the next slides.

Gray Code

Đĩa dùngmã BCD

Đĩa dùngmã gray

Gray Code Disc vs. Binary CodeDisc

linear Magnetic encoder

Magnetic Rotary Encoder• A high-speed rotary magneticencoder designed for use inharsh environments.• The traditional design enableseasy integration on existingmachines.• A magnet is mounted to theshaft within the encoder’s body.• Rotation of this magnet issensed by a custom encoderchip within the body, andprocessed to give the requiredoutput format.

Magnetic Rotary Encoder

(1) Motor(2) Motor terminal(3) Motor shaft(4) Magnetic shield(5) Magnetic wheel(6) ASIC(7) MR sensor(8) Cap

Optical linear encoder

ứng dụng encoder

Đo và cắt theo chiều dài

Định vị bàn làmviệc qua hệ trục

ứng dụng encoder

Xác định ví trí tươngđối, tốc độ và hướngcủa băng tải

Xác định vị trí và gốccủa rack và pinion