Кодовые датчики положения

Кодовые датчики положения преобразуют линейное или угловое перемещение объекта в цифровой код. Рассмотренные ниже кодовые датчики называют также аналого-цифровыми преобразователями пространственного кодирования.

На рис. 8.10а приведена функциональная схема канала передачи одного (i -го) разряда цифровой информации о положении объекта, характеризуемого координатой х. Элементы, входящие в состав датчика, пронумерованы от 1 до 6.

В зависимости от конструкции датчика деталь 2 (пластина или диск) с окном совершает линейное (пластина по вертикали) или угловое (диск относительно оси О-О ′) перемещение х. При определенном положении пластины 2 (диска) световой поток от светодиода 1 попадает через окно на фотодиод 3, который является чувствительным элементом усилителя 4. По сигналу с усилителя 4 импульсный элемент (компаратор) 5 формирует прямоугольный импульс, длительность τ которого зависит от скорости изменения х, пока на интервале времени (t′, t′+τ) фотодиод 3 освещен светодиодом 1 через окно пластины (диска) 2. Требуемый уровень выходного сигнала (напряжения) создается усилителем 6. Временные диаграммы, поясняющие преобразование х в логическую переменную у ⁱ, показаны на рис. 8.10б. Выходная переменная у ⁱ =1, когда координата х положения объекта удовлетворяет условию х′ < х < х′′. Если это условие не выполняется, то у ⁱ =0.

На рис. 8.11а показана кодовая пластина (с горизонтальными дорожками), с помощью которой формируется обычный четырехразрядный код.

Слева от пластины показано расположение излучающих элементов – светодиодов. Сверху от пластины пронумерованы от 0 до 15 позиции относительного расположения пластины и светоизлучающих элементов. Предполагаем в данном случае, что кодовая пластина перемещается влево, занимая такие промежуточные положения, характеризуемые координатой х, при которых неподвижные излучающие элементы находятся за пластиной. Например, позиции 5 соответствует положение пластины, при котором окна первой и третьей сверху дорожек открыли световой поток для соответствующих фотоприемников (фотодиодов). Через вторую и четвертую дорожки световые потоки не проходят к соответствующим фотоприемникам.

Верхняя дорожка определяет нулевой разряд у ⁰ числа у ³ у ² у ¹ у ⁰, представляемого в двоичной системе счисления. Вторая дорожка сверху определяет первый разряд у ¹ и т.д. Так, позиции 5 (можно считать х =5) соответствует число 0101.

Наибольшее распространение получили преобразователи аналог-код (рис. 8.11б), выполненные в виде кодирующего диска с фотоэлектрической (оптической) системой считывания. Границы дорожек с окнами у кодового диска представляют собой окружности. Внешняя дорожка определяет нулевой разряд числа в двоичной системе счисления. Ближайшей к центру диска дорожке соответствует максимальный N -1 разряд N -разрядного кода. Максимальный угол поворота диска (диапазон изменения входного сигнала х) составляет 360^О.

Для уменьшения ошибок считывания применяют специальные методы кодирования, различающиеся расположением окон на дорожках. Например, применяется циклический код (код Грея), который сводит ошибку к единице младшего разряда.

В табл. 8.3 приведены технические характеристики некоторых типов фотоэлектрических преобразователей угла в код.