Un codeur photoélectrique est un capteur qui convertit le déplacement angulaire ou linéaire en signaux électriques. Il se compose d'un disque codé comportant une série de secteurs transparents et opaques, d'un dispositif émetteur et d'un dispositif récepteur de lumière.
Les codeurs photoélectriques sont des dispositifs qui convertissent le déplacement angulaire ou linéaire en signaux électriques. Ils sont largement utilisés dans divers domaines en raison de leur grande précision et de leur fiabilité.
Le codeur photoélectrique EPC-755A a été choisi pour ses excellentes performances en mesure d'angle et de déplacement, sa forte capacité anti-interférence et la stabilité de ses signaux de sortie. Dans le cadre du développement d'un simulateur de conduite automobile, ce codeur est utilisé pour mesurer l'angle de rotation du volant.
Le circuit de sortie de l'EPC-755A est de type collecteur ouvert, avec une résolution de 360 impulsions par tour. Étant donné que le volant peut tourner dans les deux sens (horaire et antihoraire), la discrimination de phase des signaux de sortie du codeur est nécessaire pour un comptage précis.
Le circuit de discrimination de phase et de comptage bidirectionnel utilise une bascule D et deux portes NON-ET. Lorsque le codeur tourne dans le sens horaire, la forme d'onde de sortie du canal A est en avance de 90 degrés sur celle du canal B, ce qui amène la bascule D à produire un signal haut (forme d'onde W1) et un signal bas (forme d'onde W2).
Cela ouvre la porte NAND supérieure, permettant aux impulsions de comptage (forme d'onde W3) de passer à l'entrée de comptage (CU) du compteur bidirectionnel (74LS193). Pendant ce temps, la porte NAND inférieure se ferme, produisant un signal de niveau haut (forme d'onde W4). Inversement, lorsque l'encodeur tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la forme d'onde de sortie du canal A est décalée de 90 degrés par rapport à celle du canal B, ce qui force la bascule D à produire des niveaux bas et haut pour W1 et W2, respectivement. Cela ferme la porte NAND supérieure et ouvre la porte inférieure, dirigeant les impulsions de comptage vers l'entrée de comptage décroissant (CD) du compteur.
Le volant a un angle de rotation maximal de deux tours et demi dans les deux sens. Avec une résolution d'encodeur de 360 impulsions par tour, le nombre maximal d'impulsions de sortie est de 900. Le circuit de comptage est composé de trois puces 74LS193, initialisées à 2048 (800H) à la mise sous tension du système. Cette configuration permet une plage de comptage de 2048 à 2948 pour la rotation horaire et de 2048 à 1148 pour la rotation antihoraire. Les données de sortie (DO~D11) du circuit de comptage sont envoyées au circuit de traitement des données.
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Un codeur incrémental est un capteur qui produit des signaux sous forme d'impulsions. Son disque de code est beaucoup plus simple que celui d'un codeur absolu et permet une résolution plus élevée. Il ne nécessite généralement que trois pistes. Cependant, ces pistes n'ont plus la même signification que celles d'un codeur absolu ; elles servent désormais à générer des impulsions de comptage.
Les pistes extérieure et centrale de son disque codeur comportent un nombre égal de secteurs transparents et opaques (réseaux) uniformément répartis, mais les secteurs des deux pistes sont décalés d'un demi-secteur. Lors de sa rotation, le disque codeur produit des signaux d'impulsion de phase A et de phase B avec un déphasage de 90°, ainsi qu'un signal d'impulsion généré par une troisième piste comportant une seule fente transparente (qui sert de position de référence du disque codeur et fournit un signal de position zéro initial au système de comptage).
Le sens de rotation peut être déterminé par la relation de phase (avance ou retard) entre les signaux de sortie A et B. Comme illustré à la figure 3(a), lorsque le disque codeur tourne vers l'avant, l'onde d'impulsion de la piste A est en avance de π/2 par rapport à celle de la piste B, tandis que lorsqu'il tourne vers l'arrière, l'impulsion de la piste A est en retard de π/2 par rapport à celle de la piste B. La figure 3(b) illustre un circuit réel où l'impulsion positive générée par un multivibrateur monostable déclenché par le front descendant de l'onde en forme de piste A est combinée par un ET avec l'onde en forme de piste B. Lorsque le disque codeur tourne vers l'avant, seules des impulsions directes sont émises, et inversement, seules des impulsions inverses sont émises lorsqu'il tourne vers l'arrière.
Par conséquent, un codeur incrémental détermine le sens de rotation et le déplacement angulaire relatif du disque de code en fonction de la source d'impulsions de sortie et du comptage d'impulsions. Généralement, si un codeur possède N signaux de sortie (pistes) avec un déphasage de π/N, le nombre d'impulsions dénombrables est égal à 2N fois le nombre de réseaux.
Dans ce cas, N est égal à 2. Un inconvénient du circuit de la figure 3 est qu'il peut parfois générer des impulsions de comptage erronées, ce qui entraîne des erreurs. Cela se produit lorsqu'un des signaux est à l'état haut ou bas tandis que l'autre est en transition entre ces deux états, même si le disque codeur n'a subi aucun déplacement, ce qui produit des impulsions de sortie unidirectionnelles. Par exemple, cela peut se produire lorsque le disque codeur subit une gigue ou est aligné manuellement sur une position (comme on le verra lors des mesures gravimétriques).
Formes d'onde de base et circuits des codeurs photoélectriques incrémentaux :
La figure 4 illustre un circuit de subdivision en quadrature à quatre fréquences qui non seulement évite les impulsions erronées, mais améliore également la résolution. Ce circuit utilise des bascules de type D avec fonction mémoire et un circuit de génération d'horloge. Comme illustré à la figure 4, chaque piste comporte deux bascules D connectées en série.
Par conséquent, pendant l'intervalle entre les impulsions d'horloge, les deux sorties Q (par exemple, les broches 2 et 7 du 74LS175 correspondant à la piste B) conservent les états d'entrée des deux périodes d'horloge précédentes. Si ces deux états sont identiques, cela indique qu'aucun changement n'est survenu pendant l'intervalle d'horloge ; sinon, le sens du changement peut être déterminé en fonction de leur relation, générant ainsi une impulsion de sortie « directe » ou « inverse ».
Lorsqu'une piste oscille entre les états « haut » et « bas » en raison de vibrations, elle produit alternativement des impulsions « avant » et « arrière ». Ces impulsions peuvent être annulées en effectuant la somme algébrique des deux compteurs (ce point sera également pertinent lors de la discussion des relevés d'instruments ci-dessous).
Par conséquent, la fréquence du générateur d'horloge doit être supérieure à la valeur maximale possible de la fréquence de vibration. Comme le montre également la figure 4, quatre impulsions de comptage sont obtenues pendant la période d'un signal d'impulsion initial. Par exemple, un codeur produisant initialement 1 000 impulsions par tour peut générer 4 000 impulsions après une subdivision en quadrature à quatre fréquences, ce qui donne une résolution de 0,09°.
Par conséquent, un système de mesure de déplacement angulaire peut être formé en ajoutant simplement des circuits de subdivision et de comptage (notez que le 74159 est un décodeur 4 à 16).
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• Les vibrations mécaniques peuvent provoquer un déplacement ou un désalignement de l’émetteur ou du récepteur, affectant ainsi la réception fiable du signal.
• Des facteurs environnementaux tels qu’une température et une humidité élevées peuvent altérer ou endommager les composants électroniques du dispositif de détection photoélectrique.
• Les interférences électromagnétiques provenant du site de production peuvent déformer la forme d'onde de sortie du dispositif de détection photoélectrique, entraînant des erreurs système.
La méthode d'installation du codeur photoélectrique a été modifiée. Au lieu d'être monté sur le carter du moteur, un support fixe est fabriqué sur la base du moteur pour permettre l'installation indépendante du codeur photoélectrique. Suite à cette installation, les mesures de vibrations effectuées au vibromètre montrent que la vitesse de vibration a été réduite à 1,2 mm/s.
Le support de transmission des signaux de sortie du dispositif de détection photoélectrique a été judicieusement sélectionné : des câbles blindés à paires torsadées remplacent les câbles blindés ordinaires. Ces câbles présentent deux caractéristiques techniques importantes. Premièrement, ils offrent une excellente protection contre les interférences électromagnétiques (IEM), car les courants parasites induits par les champs électromagnétiques spatiaux sur les câbles peuvent s'annuler. Deuxièmement, après torsion, la distance entre les deux fils est très faible et leurs distances aux lignes parasites sont pratiquement égales. De plus, la capacité répartie entre les deux fils et le blindage est quasiment identique, ce qui améliore encore la suppression des interférences de mode commun.
Le logiciel PLC est utilisé pour la surveillance ou l'intervention. Lors de la distribution des barres factices en coulée continue, le dispositif de détection photoélectrique doit générer des signaux électriques temporisés correspondant aux différentes étapes du processus, comme illustré à la figure 5.
Avant que le processus de distribution de la barre factice ne soit lancé, le signal photoélectrique 1 est « 1 ».
Une fois le processus de distribution de la barre factice lancé, en phase A, la table à rouleaux est activée et la barre factice est acheminée vers le haut. Lorsque la barre factice bloque la lumière infrarouge émise par le dispositif photoélectrique, le signal photoélectrique passe à « 0 ». Lorsque la lumière infrarouge traverse les deux petits trous circulaires au centre de la barre factice, le dispositif photoélectrique émet les signaux 2 et 3, tous deux à « 1 ».
Lors de la phase B du processus de distribution de la barre factice, le signal photoélectrique est à « 0 », la table à rouleaux s'arrête et l'alimentation ascendante de la barre factice est interrompue. Le dixième secteur du segment en éventail est enfoncé, le redresseur de retrait et la synchronisation 1 sont activés, permettant à la barre factice de poursuivre son alimentation ascendante.
Lors de la phase C du processus de distribution de la barre factice, celle-ci continue de monter et ne bloque plus la lumière infrarouge. Le signal photoélectrique 4 passe à « 1 », activant la « Synchronisation 2 » et arrêtant la « Synchronisation 1 ». La barre factice continue de monter. Le fonctionnement du dispositif photoélectrique est alors terminé.
Les signaux de sortie du programme PLC sont ensuite transmis au module d'entrée de l'automate, remplaçant ainsi les signaux d'entrée photoélectriques d'origine. L'organigramme du programme est illustré à la figure 6.
En résumé , le dispositif de détection photoélectrique est composé de composants électroniques et son environnement d'installation présente certaines exigences techniques. En particulier, lors d'une utilisation dans des environnements difficiles, des mesures de protection appropriées doivent être prises pour garantir que le dispositif de détection photoélectrique fonctionne dans les conditions techniques spécifiées par le produit, lui permettant ainsi d'exploiter pleinement ses performances techniques.
L'application de programmes PC dans le système de contrôle pour la surveillance ou l'intervention du contrôle des processus en temps réel peut surmonter diverses déficiences associées à l'utilisation de dispositifs photoélectriques dans le système, ce qui constitue un moyen efficace d'améliorer la fiabilité du système.
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