Лабораторная работа 3

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА N 3«Исследование кодового датчика положения»Цель работы: ознакомиться с принципами действия и устройством кодового оптического датчика положения и перемещения типа ППК-15.1. Теоретическая частьВ большинстве случаев датчики положения и перемещения являются элементами цифровых системуправления, что требует преобразования выходного сигнала в цифровую форму. Именно такой сигнал формируется в кодовом оптическом датчике положения и перемещения (кодовом ОДП, илиэнкодере). Кодирующая шкала кодового ОДП представляет собойстеклянное основание с кодовоймаской, выполненной в виде нескольких (обычно до 20) дорожекс прозрачными и непрозрачнымисегментами. Число дорожек, какправило, определяет разрядностьвыходного двоичного кода.

Осветитель (инфракрасные светодиоды) создает лучистый поток, падающий на шкалу. В момент съема информации луч, проходя чеРис. 3.1. Кинематическая схема абсолютного многооборотного энкодерарез прозрачные сегменты кодовыхдорожек шкалы и ограничивающую защитную диафрагму, освещает фотоприемники (фотодиодные матрицы), усиленные сигналы с которых принимаются за двоичные единицы (рис.

3.1). Отсутствие сигналас фотоприемника соответствует двоичному нулю. В результате каждому перемещению соответствуетопределенная комбинация двоичных единиц и нулей, являющаяся его цифровым кодом.Для углового энкодера разрешение шкалы составляет 2 / 2n. Следовательно, разрешающая способность датчика определяется числом разрядов его кодовой шкалы. Зависимость разрешающей способности от разрядности кодовой шкалы датчика приведена в табл. 3.1.Таблица.3.1Таблица определения разрешающей способности кодового ОДПЧисло разрядов шкалыРазрешающая способность, 01180290o422о3081о24102151620Вид конструктивной схемы кодового ОДП определяется главным образом числом разрядов шкалы, атакже способом кодирования и считывания. Наиболее часто в энкодерах используют два типа шкал: спрямым двоичным кодом и с кодом Грея (рис. 3.2).Шкалы с прямым двоичным кодом представляют собой оптические рейки или диски, разделенные наравновеликие площадки — полосы для реек и сектора для дисков, на которых записаны бинарные слова,соответствующие прямому двоичномукоду.

Светлый элемент шкалы, пропускающий свет, переводит фотоэлементыв состояние «1», темный — в состояние«0». Число площадок определяет разрешающую способность кодовогоОДП.Несмотря на простоту кодированияи считывания шкалам с обычным двоичным кодом присущ крупный недостаток, связанный с появлением ложныхкодов. Обусловлено это невозможностью изготовления идеальных шкал ипроявляется во время движения шкалы(в момент изменения состояния «1» на Рис.

3.2. Кодирующий диск для двоичного кода (а) и для кода Грея (б)«0» или «0» на «1») одновременно в нескольких разрядах. Так, при изменении кода 15 на 16, т. е. 01111 на 10000, происходит замена значенийсразу в пяти разрядах (рис. 3.20, а). Если же случайно (из-за погрешности шкалы), например, во второмразряде состояние «1» не меняется на «0», тогда вместо значения 16 будет считано 18 (10010).

Существенно, что ошибка измерения превышает цену деления шкалы, равную одному младшему значащему разряду.Вероятность возникновения неоднозначности считывания информации в кодовом ОДП особенно великапри высоких скоростях движения шкалы.Для устранения неоднозначности считывания применяют специальные методы считывания и специальные коды.

Так, при использовании циклического кода Грея, ошибка считывания не превышает младшего значащего разряда независимо от того, в каком из разрядов она произошла (табл. 3.2).Таблица 3.2Таблица перевода десятичных чисел из двоичного кода в код ГреяДесятичное ДвоичныйКодДесятичное ДвоичныйКодчислокодГреячислокодГрея000000000009010010110110000100001100101001111200010000111101011011103000110001012011000101040010000110130110101011500101001111401110010016001100010115011110100070011100100161000011000801000011002. Практическая частьВ практической части необходимо построить функцию преобразования абсолютного энкодера.2.1.

Лабораторная установкаВ состав лабораторной установки входят:1. фотоэлектрический датчик (энкодер) ППК-15 с блоком индикации,2. источники питания напряжением +5 В и -15 В.Функциональная схема датчика приведена на рис. 3.3.Схема синхронизацииФормирователь фронтов сигналовПреобразователь кодаГреяВыходнойкаскадБлок фотоусилителяОптическая схема формирования сигналаБлок фотодиодныхматрицБлок преобразователяБлок осветителяРис. 3.3. Функциональная схема оптического энкодера ППК-15Оптическая схема формирования сигнала состоит из блока осветителя (светодиодов), блока преобразователя, включающего оптические диски и диафрагмы и блока фотодиодных матриц.

Первая из нихимеет 11 отдельных светочувствительных элементов, расположенных на одном кристалле кремния, авторая - 5 элементов. Фотодиодные матрицы воспринимают комбинацию световых сигналов, соответствующую в данном положении вала коду на обоих дисках и преобразуют ее в электрический сигнал.При этом с кодового диска первой ступени (точного отсчета) считывается 11 младших разрядов, а сдиска второй ступени (грубого отсчета) - 4 разряда и сигнал согласования отсчетов.Сигналы с фотодиодных матриц поступают в электронный блок, где усиливаются и с помощью триггеров Шмита формируются в прямоугольный сигнал. Далее код Грея преобразуется в натуральный двоичный код и формируется сигнал – «направление».2.2. Порядок выполнения лабораторной работы1. Включить источники питания в сеть с напряжением 220В 50 Гц.2.

Тумблер блока индикации кодового датчика перевести в положение «ON».3. Вращая ротор датчика, установить его в нулевое положение (при этом все светодиоды блока индикации должны быть погашены).4. Поворачивая ротор, определить направление, в котором происходит увеличение цифрового кода(по - или против часовой стрелки).5. Установив ротор датчика в нулевое положение, определить количество оборотов ротора, соответствующее полному диапазону измерений.6. Определить зависимость показаний блока индикации от угла поворота ротора датчика во всемдиапазоне через каждые 300.7. Заполнить табл. 3.3.Таблица 3.30,0306090120150180210240270300330360Таблица записи результатов экспериментаКод8. Построить график и определить линейность характеристики.9.

Установить упор в одном из резьбовых отверстий в торцевой части корпуса датчика.10. Установить ротор датчика на упор.11. Перемещая ротор по- и против часовой стрелки снять показания с блока индикации через каждые100.12. Результаты измерений занесите в табл. 3.4.Таблица 3.4,010203040500Таблица записи результатов экспериментаКод13. Построить график зависимости двоичного кода от угла поворота ротора датчика.

Определить гистерезис и повторяемость показаний датчика, а также аддитивную составляющую погрешности.14. Сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.3. Контрольные вопросы1.2.3.4.Принцип действия и кинематическая схема датчика.Тип цифрового кода.Алгоритм определения направления вращения.Расчет метрологических параметров датчика..