Przetworniki optoelektroniczne
Rozróżniane są dwa rodzaje przetworników optoelektronicznych: przetworniki obrotowo-impulsowe do rozróżniania kierunku i odległości względnej oraz przetworniki kodowe do rozpoznawania pozycji bezwzględnej. Przetworniki te są oferowane w szerokim zakresie rozdzielczości, liczby kanałów, wykonaniach elektroniki, sygnałów wyjściowych, ze złączem lub kablem. Oferowany jest szeroki program dostaw obejmujący wszystkie technologie i klasy cenowe.
Rodzaje przetworników i zasady funkcjonowania.
Przetworniki impulsowe:
Przetworniki impulsowe są przeznaczone do pomiaru przemieszczeń kątowych, a więc zarówno do pomiaru kąta jak i prędkości kątowych. Z pomocą napędu paskowego lub zębatki, względnie koła ciernego mogą być mierzone również przemieszczenia liniowe. Te przetworniki pozwalają na określenie pozycji względnej przez zliczanie impulsów. Po za tym może być rozpoznawany kierunek ruchu dzięki przesunięciu fazowemu kanałów A i B tak, że elektronika współpracująca musi przychodzące impulsy dodawać lub odejmować (układ z kwadraturą). Kanał zerowy C oznacza przy każdym obrocie pozycję absolutną, która może służyć do rozpoznawania poprawności przychodzących impulsów i wyznaczania pozycji zerowej. Rozdzielczość określana jest przez liczbę kresek na tarczy podziałowej przetwornika (działek) co odpowiada liczbie okresów z jednego kanału. Liczba impulsów zliczana w poprawnym liczniku kwadraturowym jest 4-krotnie większa od liczby działek.
Przetworniki kodowe:
W przetwornikach kodowych pozycja kątowa jest zawarta jako cyfrowa informacja na tarczy podziałowej przetwornika. Dzięki temu informacja ta stoi natychmiast do dyspozycji jako słowo kodowe zaraz po włączeniu lub po przerwie w zasilaniu, wględnie również po przekroczeniu częstotliwości granicznej. Tarcza podziałowa posiada wiekszą liczbę ścieżek, tak że każdy fotoelement jest przyporządkowany do swojej ścieżki. Wartości są digitalizowane i mogą być dostępne jako słowo kodowe na wyjściu. Najczęściej do kodowania używany jest kod GREY`a zamieniający wartość tylko na jednym bicie o jedną pozycję w każdym kroku pomiarowym. Dzięki temu łatwo można kontrolować poprawność kodu przy przenoszeniu informacji. Popularny jest również kod binarny i BCD.
Zasady funkcjonowania przetworników optoelektronicznych:
Rozdzielczość przetworników jest określona przez tarczę podziałową. Tarcza jest w zależności od rozdzielczości przetwornika podzielona na określoną liczbę pól ciemnych i jasnych, która przemieszcza się kątowo nad podziałka maskującą. Tarcza maskująca jest oświetlana diodą IRED. Element światłoczuły odbiera z tarczy podziałowej impulsy świetlne i przetwarza je na sygnały elektryczne. Te sygnały są wzmacniane i przekształcane w poziom sygnałów elektrycznych. Poziom sygnałów zależy od następującej po fotoelementach elektronice formującej impulsy wyjściowe. Te elektroniki są najczęściej zintegrowane w przetworniku, mogą być jednak dostępne również na zewnątrz.
Kierunek obrotów:
Przetworniki inkrementalne nadają się do rozpoznawania kierunku obrotów. Impulsy z obu kanałów są przesunięte o 90° elektrycznych tak, że w zależności od kierunku obrotów kanał A wyprzedza kanał B względnie za nim nadąża.
Impuls zerowy:
W kanale C dostępny jest impuls, który odzwierciedla punkt odniesienia. Ten punkt odniesienia dostarcza raz na obrót bezwzględnie zdefiniowany przebieg pomiarowy (znacznik zera) i umożliwia po wyłączeniu lub zaniku zasilania odzyskanie wartości mierzonej z przyporządkowaniem dokładnej wartości kąta.
Sygnały wyjściowe:
Elementy fotoelektryczne dostarczają przebiegi sinusoidalne. Sygnały te mogą być dostępne w zależności od typu przetwornika bezpośrednio na wyjściu. W zależności od przyłączonych do nich układów dyskryminacyjnych Schmitta przekształca się sygnał sinusoidalny na prostokątny.
Układy elektroniczne w przetworniku:
Poziom sygnałów wyjściowych jest określony przez elektronikę opracowująca wyjście. W standardowym układzie wyjściowym tranzystorowym poziomy sygnałów zależą od napięcia zasilania przetwornika. To wyjście zawiera z reguły tranzystor pull-up podwieszony do napięcia zasilania i jest odpowiedni dla długości kabla około 6m. W niektórych przetwornikach standardowe wyjście jest zabezpieczone przed przepolaryzowaniem. Wyjście typu Open Collector jest wyjściem standardowym, ale powinien być zastosowany zewnętrznie rezystor polaryzujący do napięcia zasilania. Dla długości połączeń rzędu 100m i częstotliwości rzędu 100kHz najbardziej odpowiednie są wyjścia typu nadajnik linii. Poziomy sygnałów są kompatybilne z poziomem CMOS lub kompatybilne z poziomami TTL. W opcji typu nadajnik linii dostępne są kanały A, B, C oraz ich negacje.
Podłączanie przetworników do układów zewnętrznych
Dla prostych zadań pomiarowych, w których nie jest wymagana duża prędkość obróbki i w których nie musza być pokonane duże odległości, przetwornik impulsowy może być podłączony wprost do sterownika programowanego logicznie (PLC), jeśli tylko taki zawiera liczniki rewersyjne. Przy tym przetwornik musi być zasilony z zewnętrznego napięcia zasilania, które będzie oddzielone galwanicznie od układu PLC. Zwykłe sterowniki PLC wymagają na wejściu sygnałów 24V, tak że powinien być zastosowany przetwornik z wyjściem typu Push-Pull (wyjście totem pole). Częstotliwość graniczna sterownika PLC nie przekracza zwykle 500Hz. Liczniki opracowują częstotliwości od około 50kHz przy poziomie 24V do 500kHz przy poziomie TTL bez wpływu na pracę jednostki centralnej sterownika. Ażeby podnieść odporność na zakłócenia zalecane jest stosowanie w przetwornikach impulsowych wyjścia typu nadajnik linii. Tutaj występują obok sygnałów A, B i C ich negacje /A, /B, /C dzięki temu realizowane są długości przewodów do 100m przy częstotliwości 100kHz. Stosowanie specjalnie do tego przystosowanych układów scalonych typu LS7082/3/4 ułatwia podłączenie przetworników do liczników zewnętrznych. Zastosowanie modułu MOD310 załatwia całkowicie problem rozróżniania impulsów, multiplikacji zboczy a jednocześnie decentralnego przyjmowania impulsów z dwóch przetworników, wysyłania ich po łączu szeregowym typu RS232 do komputera w celu dalszej obróbki. Moduł MOD310 jest też przygotowany do samodzielnej obróbki sygnałów z dwóch przetworników impulsowych i podejmowania decyzji co do sterowania dwóch silników DC za pomocą kanałów PWM. Moduł MOD310 może niezależnie od współpracy z dwoma przetwornikami obrotowo-impulsowymi lub liniałami optycznymi współpracować z przetwornikami kodowymi. Przetworniki kodowe można podłączać do modułu w większej liczbie stosując moduł rozszerzenia I/O.