В области электроники слово «квадратура» часто встречается в различных контекстах, например, в названиях квадратурных энкодеров или в терминах обработки квадратурных сигналов. Но что такое «квадратура» и какова её функция? В следующем тексте будет рассказано о значении слова «квадратура» и о том, что такое квадратурный энкодер.
Промышленный энкодер — это датчик вращения, преобразующий вращательное перемещение в серию цифровых импульсных сигналов. Эти импульсы можно использовать для управления угловым перемещением. Если энкодер объединен с зубчатой лентой или винтом, его также можно использовать для измерения линейного перемещения.
История квадратуры
Хотя слово «квадратура» наиболее широко используется в области электроники, на самом деле оно возникло в Древней Греции. Математики того времени пытались моделировать криволинейные области с помощью квадратов. Хотя этот метод довольно отсталый по сравнению с нашими современными интегральными и ПИ-расчетами, все объекты в нашей жизни могут состоять из бесчисленного множества крошечных квадратов, даже криволинейные объекты. Вращательный квадратурный энкодер может разлагать неизвестное вращение на прямоугольные импульсы при выполнении задач.
Поворотный и линейный квадратурный энкодер
В энкодере двигателя Fanuc квадратурный режим означает прием двух прямоугольных сигналов, указывающих на движение и направление, в режиме сдвига фазы на 90 градусов или четверть цикла. Следовательно, это режим прямоугольной волны. Эти сигналы могут генерироваться светом или физическим контактом. В поворотном оптическом энкодере на равных интервалах расположены диски с сигнальными окнами, через которые может проходить свет. Когда датчик находится в области окна, его выходной сигнал имеет высокий уровень, в противном случае — низкий уровень.
Таким образом, энкодер шпинделя Fanuc может выдавать разные сигналы. При вращении по часовой стрелке, когда один датчик выполняет определенное преобразование, другой датчик будет находиться в известном состоянии. Например, когда датчик A переходит из высокого состояния в низкое на 180º, датчик B будет показывать низкое значение при вращении по часовой стрелке. И наоборот, если датчик A переходит из высокого состояния в низкое, а датчик B уже показывает высокое значение, очевидно, что колесо на самом деле вращается против часовой стрелки.
Расстояние вращения механизма можно измерить с помощью импульсов на одном канале. Абсолютные энкодеры Fanuc обычно используют PPR (импульсное значение на оборот). Однако при правильной настройке импульсный кодер Fanuc может измерять преобразование двух каналов из высокого уровня в низкий и из низкого уровня в высокий. Таким образом, точность измерения импульсов на одном канале может достигать четырехкратного увеличения..
Следует отметить, что 360 градусов — это не полный угол поворота колеса, а множество отдельных режимов включения/выключения, которые обычно возникают в течение всего времени вращения. Кроме того, здесь важен сдвиг на 90 градусов. Если разность фаз датчиков составляет 180 градусов, оба датчика будут преобразовывать данные одновременно, что приведет к неопределенности в процессе преобразования и, как следствие, к неверным результатам..
В качестве альтернативы, некоторые оригинальные энкодеры используют смещенную схему окон для двух датчиков, вместо показанной здесь схемы смещения датчиков. Структура линейно-квадратурного энкодера аналогична этому методу, но окно датчика является линейным, что позволяет определять расстояние перемещения для контроля положения объекта.
