Усунення неполадки енкодерів за допомогою осцилографа та мультиметра.

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

У цій статті ви дізнаєтеся про різні помилки, які заважають правильній роботі енкодера, а також про те, як усувати проблеми за допомогою осцилографа та інших інструментів контролю та вимірювання.

Енкодер - це електромеханічний пристрій, що використовується для визначення кутового положення валу двигуна шляхом перетворення механічного руху на цифрові сигнали. Поворотні енкодери є найчастіше використовуваним різновидом енкодерів, хоча існують і нішеві варіанти використання лінійних енкодерів. Оптичне розпізнавання — технологія, що широко застосовується для енкодерів. Диск переривника з рівномірно розташованими вирізами з'єднаний з ротором енкодера. Світлодіодне джерело світла з фотоприймачем поєднане з вирізом каналу диска переривника. Фотодетектор видає імпульс під час проходження світла через вирізи при обертанні ротора. Вихід цифрових сигналів енкодера залежить від кількості каналів у диску переривника.

Малюнок 1. Усередині одноканального поворотного енкодера.

Найчастіше на диску переривника вирізуються як мінімум два канали. Кодери з вищими вимогами до роздільної здатності мають кілька каналів, іноді до дюжини. Фотодетектор видає імпульс максимальної напруги, коли на нього потрапляє світло, і напруга відсутня, коли немає світла. Отже, на виході кодера будуть цифрові сигнали. Якщо кодер оснащений одноканальним диском, що перериває, є тільки пара вихідних кабелів. Двоканальний переривник має два набори вихідних кабелів. Кількість вихідних кабелів вдвічі перевищує кількість каналів на диску переривника. Цифровий вихід використовується для розрахунку швидкості, кутового зміщення та напрямки обертання двигуна.

Тестування енкодерів за допомогою осцилографа

Для перевірки енкодера необхідний осцилограф. Осцилограф - це випробувальний прилад, який відображає змінну напругу, що підлягає тестуванню, на двовимірному графіку в залежності від часу. Їх можна використовувати для спостереження та порівняння амплітуд, частоти та напрямки сигналів від енкодера. Вирізи на дисках переривника влаштовані таким чином, що вихідний сигнал одного каналу в рівні проміжки часу буде високою та низькою напругою. З цієї причини вихідний сигнал енкодера можна спостерігати у вигляді прямокутної хвилі з коефіцієнтом заповнення 50-50. Робочий цикл є частка періоду, протягом якого сигнал активний, де період відноситься до часу, необхідного для завершення циклу включення-вимикання. Два канали в дисках переривника сконструйовані таким чином, що вони зміщені один від одного на 90 °. Це зміщення допомагає розрізняти обертання ротора за годинниковою стрілкою та проти годинникової стрілки. Одна секція високої чи низької напруги відповідає 180° електричного обертання. Половина цього робочого циклу відповідає 90 ° електричного обертання. Вихідні кабелі енкодера підключаються до двоканального осцилографа для спостереження за формою вихідного сигналу і мають виглядати так, як показано на малюнку 2.

Малюнок 2. Сигнали двох каналів

Якщо сигнал з АА має ту ж амплітуду і частоту, що і сигнал з ББ зі зрушенням на 90 °, енкодер працює правильно. В іншому випадку енкодер необхідно відремонтувати або замінити.

Усунення різних проблем з кодувальниками

У разі виникнення проблем із роботою енкодера перед усуненням неполадок рекомендується перевірити механічні фактори та фактори навколишнього середовища. Цілком можливо, що це пов'язано із замиканням проводів, слабким з'єднанням або іншими проблемами довкілля. Перш ніж переходити до наступних кроків усунення несправностей, необхідно виконати базові перевірки, такі як перевірка вхідної напруги та провідних з'єднань. Якщо є аналогічний робочий кодувальник, замініть його працюючим кодером, щоб визначити, чи проблема з проблемним кодером пов'язана.

Використання мультиметра

Для вимірювання параметрів енкодера можна використовувати простий мультиметр. Мультиметр може вимірювати середню напругу, пікову напругу, частоту та робочий цикл поворотного енкодера. Його можна порівняти зі стандартним вихідним сигналом, вказаним виробником, і визначити, несправний енкодер чи ні. У більшості випадків проблеми з енкодером значення, виміряні мультиметром, здаються нормальними, навіть якщо з енкодером виникли проблеми. У таких випадках для усунення несправностей просто необхідний осцилограф.

Енкодер Джіттер

Джиттери проявляються як рух імпульсу вперед і назад на осцилографі. Джиттери виникають через децентрований диск переривника. Коли децентрований диск переміщається всередині корпусу, здається, що два канали рухаються один до одного. Це призведе до зміни фазування між каналом A та каналом B при кожному повороті.

Характеристика джиттера кодера полягає в тому, що джиттер з'являється лише на одному каналі. Якщо сигнали у всіх каналах здаються нестабільними, це може вказувати на несправність осцилографа або помилку, відмінну від тремтіння енкодера. Якщо це визначається як тремтіння енкодера, деталь слід відправити виробнику для ремонту або заміни.

Сигнал Мерехтіння

Мерехтіння сигналу – це різкий сплеск вихідного сигналу. Його можна сплутати з джиттером енкодера. Однак джиттер енкодера демонструє постійну картину зміни фазування, тоді як мерехтіння сигналу здається випадковим. Деякі установки кодувальників дозволяють використовувати інтерполяцію для покращення ефективної роздільної здатності вихідного сигналу. У таких випадках мерехтіння сигналу є частиною нормальної роботи. Якщо використовується інтерполяція, це є частиною технічних характеристик пристрою. Якщо блимає сигнал, зверніться до технічного опису пристрою, щоб перевірити, чи він є частиною нормальної роботи.

Розширені імпульси енкодера

Коли передні або задні фронти вихідних імпульсів подовжені, лічильник кількості перетинів вирізу каналі може зчитуватися неправильно. Це може призвести до неправильного розрахунку швидкості та положення валу. Проблеми з монтажем є поширеною причиною подовження імпульсів енкодера. Невеликий та випадковий вплив на імпульси може бути пов'язаний з ослабленням зв'язку, і це легко виправити. Коли незакріплений енкодер обертається разом із валом двигуна, на осцилографі це відображається у вигляді широких, протяжних імпульсів. Тривалі імпульси не означають проблеми з енкодером. Швидше за все, проблема пов'язана з неякісним кріпленням енкодера до двигуна і може бути усунена правильною переустановкою пристрою.

Сигнали низької амплітуди

Сигнали низької амплітуди виглядають як прямокутні хвилі, але їхня амплітуда трохи нижче, ніж зазначено в характеристиках пристрою. Амплітуда сигналу буде надто низькою, щоб його міг прочитати контролер або ПЛК. Зазвичай це відбувається через погані провідні з'єднання або перехресні перешкоди від різних каналів. Знову ж таки, це показання не вказує на несправність кодувальника. Перевірка з'єднань та повторне підключення енкодера допоможуть вирішити цю проблему.

Імпульси акулячих плавців

Наростаючий фронт імпульсу має деяку затримку задля досягнення повної амплітуди. На осцилографі він виглядає як округла крива, що формою нагадує акулячий плавець. Це заважає очищенню контролера чи лічильника виявити імпульси. Це може бути пов'язане з довгими кабелями, що використовуються для передачі вихідних сигналів. Для зменшення цих спотворень можна використовувати кручені пари з низькою ємністю. Іншими причинами затримки можуть бути навантаження, швидкість та/або резистор енкодера. Зазвичай, коли роздільна здатність кодера висока, тимчасова затримка буде вищою.

Імпульси ступінчастого енкодера

При використанні імпульсів ступінчастого енкодера вихідні сигнали осцилографа збільшуватимуться і зменшуватимуться по амплітуді в кілька етапів, а не в один крок. Це ускладнює точний підрахунок приймача сигналів та викликає помилку у розрахунках швидкості та положення. Кроки будуть однакові для всіх каналів. Ця помилка виникає через коротке замикання різних кабелів на вихідній стороні енкодера і її можна легко виправити, видаливши зайві дроти, відкриту ізоляцію або закорочені кабелі.

Детальну інформацію про технічні характеристики та призначення мультиметрів та осцилографів можна отримати на наступних сторінках сайту Магазину Gtest®:

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

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