Устранение неполадки энкодеров с помощью осциллографа и мультиметра.

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

В этой статье вы узнаете о различных ошибках, которые мешают правильной работе энкодера, а также о том, как устранять проблемы с помощью осциллографа и других инструментов контроля и измерения.

Энкодер — это электромеханическое устройство, используемое для определения углового положения вала двигателя путем преобразования механического движения в цифровые сигналы. Поворотные энкодеры являются наиболее часто используемой разновидностью энкодеров, хотя существуют и нишевые варианты использования линейных энкодеров. Оптическое распознавание — широко применяемая технология для энкодеров. Диск прерывателя с равномерно расположенными вырезами соединен с ротором энкодера. Светодиодный источник света с фотоприемником совмещен с вырезом канала диска прерывателя. Фотодетектор выдает импульс при прохождении света через вырезы при вращении ротора. Выход цифровых сигналов энкодера зависит от количества каналов в диске прерывателя. 

Рисунок 1. Внутри одноканального поворотного энкодера. 

В большинстве случаев на диске прерывателя вырезаются как минимум два канала. Кодеры с более высокими требованиями к разрешению имеют несколько каналов, иногда до дюжины. Фотодетектор выдает импульс максимального напряжения, когда на него попадает свет, и напряжение отсутствует, когда света нет. Следовательно, на выходе кодера будут цифровые сигналы. Если кодер оснащен одноканальным прерывающим диском, имеется только пара выходных кабелей. Двухканальный прерыватель имеет два набора выходных кабелей. Количество выходных кабелей в два раза превышает количество каналов на диске прерывателя. Цифровой выход используется для расчета скорости, углового смещения и направления вращения двигателя. 

Тестирование энкодеров с помощью осциллографа

Для проверки энкодера необходим осциллограф. Осциллограф — это испытательный прибор, который отображает изменяющееся напряжение, подлежащее тестированию, на двумерном графике в зависимости от времени. Их можно использовать для наблюдения и сравнения амплитуд, частоты и направления сигналов от энкодера. Вырезы на дисках прерывателя устроены таким образом, что выходной сигнал одного канала в равные промежутки времени будет высоким и низким напряжением. По этой причине выходной сигнал энкодера можно наблюдать в виде прямоугольной волны с коэффициентом заполнения 50–50. Рабочий цикл представляет собой долю периода, в течение которого сигнал активен, где период относится к времени, необходимому для завершения цикла включения-выключения. Два канала в дисках прерывателя сконструированы таким образом, что они смещены друг от друга на 90°. Это смещение помогает различать вращение ротора по часовой стрелке и против часовой стрелки. Одна секция высокого или низкого напряжения соответствует 180° электрического вращения. Половина этого рабочего цикла соответствует 90° электрического вращения. Выходные кабели энкодера подключаются к двухканальному осциллографу для наблюдения за формой выходного сигнала и должны выглядеть так, как показано на рисунке 2. 

Рисунок 2. Сигналы двух каналов

Если сигнал с АА` имеет ту же амплитуду и частоту, что и сигнал с ББ` со сдвигом на 90°, энкодер работает правильно. В противном случае энкодер необходимо отремонтировать или заменить. 

Устранение различных проблем с кодировщиками

При возникновении проблем с работой энкодера перед устранением неполадок рекомендуется проверить механические факторы и факторы окружающей среды. Вполне возможно, что это связано с замыканием проводов, слабым соединением или другими проблемами окружающей среды. Прежде чем переходить к следующим шагам по устранению неполадок, необходимо выполнить базовые проверки, такие как проверка входного напряжения и проводных соединений. Если имеется аналогичный рабочий кодировщик, замените его работающим кодером, чтобы определить, связана ли проблема с проблемным кодером. 

Использование мультиметра

Для измерения параметров энкодера можно использовать простой мультиметр. Мультиметр может измерять среднее напряжение, пиковое напряжение, частоту и рабочий цикл поворотного энкодера. Его можно сравнить со стандартным выходным сигналом, указанным производителем, и определить, неисправен ли энкодер или нет. В большинстве случаев проблем с энкодером значения, измеренные мультиметром, кажутся нормальными, даже если с энкодером возникли проблемы. В таких случаях для устранения неполадок просто необходим осциллограф. 

Энкодер Джиттер

Джиттеры проявляются как движение импульса вперед и назад на осциллографе. Джиттеры возникают из-за децентрированного диска прерывателя. Когда децентрированный диск перемещается внутри корпуса, кажется, что два канала движутся относительно друг друга. Это приведет к изменению фазировки между каналом A и каналом B при каждом повороте.

Характеристика джиттера кодера заключается в том, что джиттер появляется только на одном из каналов. Если сигналы во всех каналах кажутся нестабильными, это может указывать на неисправность осциллографа или ошибку, отличную от дрожания энкодера. Если это определяется как дрожание энкодера, деталь следует отправить производителю для ремонта или замены.

Сигнал Мерцание

Мерцание сигнала — это резкий всплеск выходного сигнала. Его можно спутать с джиттером энкодера. Однако джиттер энкодера демонстрирует постоянную картину изменения фазировки, в то время как мерцание сигнала кажется случайным. Некоторые установки кодировщиков позволяют использовать интерполяцию для улучшения эффективного разрешения выходного сигнала. В таких случаях мерцание сигнала является частью нормальной работы. Если используется интерполяция, это часть технических характеристик устройства. Если наблюдается мерцание сигнала, обратитесь к техническому описанию устройства, чтобы проверить, является ли оно частью нормальной работы. 

Расширенные импульсы энкодера

Когда передние или задние фронты выходных импульсов удлинены, счетчик количества пересечений выреза в канале может считываться неправильно. Это может привести к неправильному расчету скорости и положения вала. Проблемы с монтажом являются распространенной причиной удлинения импульсов энкодера. Небольшое и случайное влияние на импульсы может быть связано с ослаблением связи, и это легко исправить. Когда незакрепленный энкодер вращается вместе с валом двигателя, на осциллографе это отображается в виде широких, протяженных импульсов. Продолжительные импульсы не означают проблемы с энкодером. Скорее всего, проблема связана с некачественным креплением энкодера к двигателю и может быть устранена правильной переустановкой устройства. 

Сигналы низкой амплитуды

Сигналы низкой амплитуды выглядят как прямоугольные волны, но их амплитуда немного ниже, чем указано в характеристиках устройства. Амплитуда сигнала будет слишком низкой, чтобы его мог прочитать контроллер или ПЛК. Обычно это происходит из-за плохих проводных соединений или перекрестных помех от разных каналов. Опять же, это показание не указывает на неисправность кодировщика. Проверка соединений и повторное подключение энкодера помогут решить эту проблему. 

Импульсы акульих плавников

Нарастающий фронт импульса имеет некоторую задержку для достижения полной амплитуды. На осциллографе он выглядит как округлая кривая, по форме напоминающая акульий плавник. Это мешает очистке контроллера или счетчика обнаружить импульсы. Это может быть связано с длинными кабелями, которые используются для передачи выходных сигналов. Для уменьшения этих искажений можно использовать витую пару с низкой емкостью. Другими причинами задержки могут быть нагрузка, скорость и/или резистор энкодера. Обычно, когда разрешение кодера высокое, временная задержка будет выше. 

Импульсы ступенчатого энкодера

При использовании импульсов ступенчатого энкодера выходные сигналы осциллографа будут увеличиваться и уменьшаться по амплитуде в несколько этапов, а не в один шаг. Это затрудняет точный подсчет приемника сигналов и вызывает ошибку в расчетах скорости и положения. Шаги будут одинаковыми для всех каналов. Эта ошибка возникает из-за короткого замыкания различных кабелей на выходной стороне энкодера и ее можно легко исправить, удалив лишние провода, открытую изоляцию или закороченные кабели.

Подробную информацию о технических характеристиках и назначении мультиметров и осциллографов можно получить на следующих страничках сайта Магазина Gtest®:

https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy

https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry