So finden Sie den passenden magnetischen oder optischen Encoder

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Encoder als HMI- oder MMI-Schnittstelle

Bei HMI-Anwendungen sind Encoder häufig in Bedienfeldern anzutreffen. Dort werden sie landläufig als „digitale Version eines Potentiometers“ angesehen. Weniger offensichtlich, aber durchaus verbreitet ist ihre Verwendung in Schalthebeln oder Pedalblöcken. Sie ersetzen dann mechanische Züge oder Gestänge, etwa bei Gaspedalen in Automobilen.

In MMI-Anwendungen arbeiten Encoder immer als Teil eines rückgekoppelten Steuerungssystems. Dabei dienen sie dem Zählen der Spindeldrehzahl oder der Drehzahlüberwachung.

In vielen Systemen werden Encoder eingesetzt, die den Regelkreis an einem HMI-Eingang schließen; so wird in dem vorstehenden Beispiel des Gaspedals wohl ein zweiter Encoder die Motordrehzahl (min^–1) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und die Zeit messen, die der Motor zum Erreichen der gewünschten Beschleunigung braucht.

In einem weiteren Beispiel würde die Stellung des Ruders auf einem Boot gemessen, damit sichergestellt ist, dass sie der Einstellung an der Ruderpinne entspricht.

Magnet-Encoder

Magnet-Encoder verwenden eine Kombination aus Dauermagneten und Magnetsensoren zum Erkennen von Bewegungen und Positionen.

Bei einem typischen Aufbau werden Magnete an der Kante einer Drehscheibe platziert, auf eine Welle montiert und so positioniert, dass der Sensor Veränderungen im Magnetfeld erkennt, wenn die alternierenden Pole des Magneten darüber hinweggehen.

Beim einfachsten Aufbau gibt es nur einen Magneten, dessen Nord- und Südpol an entgegengesetzten Kanten des Rotors angeordnet sind, und einen einzigen Sensor. Eine solche Vorrichtung würde eine Sinuswelle am Ausgang produzieren, deren Frequenz gleich der Drehzahl der Welle ist.

Mit einem zweiten Sensor, der um 90° versetzt zum ersten angeordnet ist und daher ein kosinusförmiges Ausgangssignal erzeugt, wird es möglich, nicht nur die Drehrichtung zu erkennen, sondern auch die absolute Stellung der Welle aus dem Sinus- und Kosinussignal zu interpolieren.

Inkremental-Encoder

Bei Inkremental-Encodern werden die sinusförmigen Ausgangssignale von den Sensoren in Rechteckwellen umgewandelt, so dass die entstandene quadratische Wellenform jeweils vier mögliche Winkelstellungen abbildet.

Eine höhere Auflösung wird durch Erhöhung der Anzahl magnetischer Pole um den Rotor herum und durch das Vorsehen von mehr Sensoren erreicht. Z.B. können mit 4 Sensoren und 128 Polen 1024 Positionen (oder eine 10-Bit-Auflösung) erreicht werden.

Optische Drehgeber

Optische Drehgeber verwenden eine Rotorscheibe aus Kunststoff oder Glas, die mit durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen versehen ist, die erkannt werden können, wenn sich die Scheibe zwischen einer Lichtquelle und einem Fotodetektor befindet.

Wie beim magnetischen Encoder werden bei einer einfachen Ausführung nur ein Sensor und eine Scheibe verwendet, die zur Hälfte durchsichtig und zur Hälfte undurchsichtig ist.

Soll allerdings eine höhere Auflösung erreicht werden, ist die Scheibe in der Regel in viel mehr Bereiche unterteilt (häufig in konzentrischen Ringen) und verwendet zwei oder mehr Sensoren.

Auch hier kann mit der richtigen Gestaltung der Drehscheibe und Sensorposition das Rechtecksignal erzeugt werden, das Inkrementalgeber auszeichnet. Um die Pinzahlen zu minimieren, werden die Daten eines Absolutwertgebers in der Regel seriell ausgegeben.

Und auch wenn die meisten Encoder auf dem Markt Drehgeber sind, können die gleichen Sensor- und Kodierungsgrundregeln auf lineare Encoder (Weglängengeber) übertragen werden.

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