Büşra Karaali- 030090353- H.W/1- Pozisyon Sensörleri (Optik Encoder )

Pozisyon Sensörleri (Optik Encoder )

Pozisyon sensörleri; hareketli bir sistemin pozisyon (konum) bilgisini almamız için kullanılır. Basit bir ifadeyle, potansiyometreler belli bir aralıkta ayarlanabilen dirençlerdir ve bu direnç, üstünde yer alan çubukla değiştirilebilir. Sonrasında, eklem kısmında çubuğu ekleme bağlayarak açıyla değişen bir direnç elde edilmektedir. Örneğin; Traktörlerin kuyruk mekanizmasındaki kolların, kaldırma noktasının yüksekliğine göre, eklem noktalarında dönme hareketi yaparak oluşturdukları açı, pozisyon sensörünün oval bir parça üzerinde hareket etmesi ile etkili olarak tespit edilir ve elektronik sinyal haline getirilir.

Figure 1: Pozisyon Sensörü

ENCODERLER (Şaft Pozisyon Algılayıcı)

Encoderler; açısal dönme hızın ve düzenekteki açısal pozisyonun belirlenmesi amacıyla çoğu kez robotik ve otomasyon projelerinde kullanılır. Encoderlar, konumu ölçülecek döner parçaya dışarıdan(external) bağlanır ve bozucu(disturbance) oluşturmaz.

Encoderlar; basit tek kanal encoderlar, iki ya da üç kanallı artımsal (incremental) encoderlar ve çok kanallı mutlak (absolute) encoderlar olmak üzere 3 tiptir.  Encoderların çıkışı dijital kare sinyaldir. Kullanışlarının oldukça basit olduğu bilinmektedir.

Figure 2: Encoderli DC Motor

Tek Kanallı Şaft Encoderlar;

•      Sadece tek bir çıkış kanalına sahiptir.

•      Dönüş yönünün tespit edilmediği durumlarda toplama ve çıkarmalı sayıcılarda kullanılır.

Figure 3 : Tek Kanallı Encoder

 Çift Kanallı Şaft Encoderlar;

• •      Bu tip encoderlerde  iki kanallı kontrol sistemi kullanılır.
• •      Aralarında 90 derece faz farkı olan çıkış sinyali üretirler .
• •      Bu çıkış sinyalinden faydalanarak faz gecikmesinden dolayı yön tespit edilir.
• •      Bu tespit sonucunda yukarı aşağı sayıcılar kullanılır ve pozisyon belirlenir.

INCREMENTAL ENCODER UYGULAMA ALANLARI

1. Düz bir testere dişli kol üzerinde hareket eden, yuvarlak dişliye bağlanarak  dairesel bir hareketin doğrusal harekete çevrimi,

2. Sonsuz dişli, kaymalı yataklara bağlanarak, döner hareketin doğrusal  harekete çevrimi,

3. Ölçü Tekerleğine (Çevre Ölçüsü Belirlenmiş Bir Tekerlek) bağlanarak Boy Ölçümü,

4. Elektrik Motorlarının arkasına monte edilerek hız, yön ve Pozisyon Kontrolü,

5. Bir döner tablaya bağlanarak, direkt açısal hareket bilgisi elde edilmesi,

6. Tartı Makinelerine Direkt olarak bağlanıp,elektronik olarak ağırlık ölçümü.

ABSOLUTE ENCODER

ü  Her pozisyonda farklı sayılardaki bitlerden oluşan dijital bit dizileri şeklinde birbirine benzemeyen çıkış üreterek gerçek pozisyonlarını gösterirler.

ü  Enerji kesilse bile mevcut durumunu korurlar.

ü  Her pozisyonda tek biti değiştiren Gray kodu çıkış verir.

ü  Çıkışlar: Binary , Gray , bcd

KODLAMA SİSTEMLERİ;

BCD CODE (BINARY CODED DECIMAL)

Öncelikle verilen BCD Kod, sağdan-sola doğru 4'lü gruplara ayrılır. Bu gruplar, Binary koddan ondalık sayıya tek tek çevrilir. Ortaya çıkan rakamlar, sağdan sola doğru yanyana yazıldıkları zaman, sonuç BCD kodun Ondalık karşılığına denk gelir.

BINARY CODE

•      İkili Sayı sistemi kullanılır.

•      Değerler 0 veya 1 olabilir.

GRAY CODE

•      Bu kodlama sistemi değişken ve çevrimsel(cyclic) bir kodlama sistemidir.

•      Gray Kodlama sisteminde, bir pozisyondan diğer pozisyona geçerken, sadece bir bit değeri, 1 iken 0 veya 0 iken 1 olur.

Figure 4: Encoder Diski Çalışma Mantığı

Figure 3-4 de görüldüğü üzere, encoder diskinin üzerinde belirli aralıklarla delikler mevcuttur. Encoder diski dönerken, IR ledin yaymış olduğu ışık deliklerden geçerek karşı tarafta bulunan fototransistörü tetikler. Delik olmayan kısımlarda ise ışık karşı tarafa geçemeyeceğinden dolayı, IR ışık fototransistörü tetikleyemez. Karşı tarafa geçen ışık ve tetiklemenin ardından sinyaller sayılabilir duruma gelir ve mikrodenetleyiciye gönderilir. Gerekli işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için sinyaller yazılı program ile mikrodenetleyicide işlenir. Figure 2 de; sayıcı devreleri ya da mikrodenetleyiciler bu encoder sinyallerini sayarak motorun kaç tur attığını hassas bir şekilde bulmaktadır. Gelişmiş encoderlarda 2000-3000 yarık dahi bulunabilmektedir. Bu da çok daha hassas verilere ulaşmamızı sağlamaktadır. (2000 yarıklı bir encoderin hassasiyeti 360/2000 = 0,18 derece’dir).

Figure 5: Siyah-Beyaz Dilimli Encoder

Figure 5 de gösterildiği gibi bu encoder diskinin üzerinde delikler yerine siyah-beyaz renkli dilimler mevcuttur. Yansımalı sensörler sayesinde beyaz ve siyah renklerin algılanması ile birlikte açısal dönme hızı ve pozisyon belirlenir.

Encoderlerin boyutsal ve ağırlık özelliklerinden bahsedecek olursak, oldukça küçük ve hafiflerdir. Çok yer işgal etmezler ve sıkça kullanılan pozisyon sensörlerinden birtanesidir.

Referanslar;

1)      http://www.robotiksistem.com/sensor_cesitleri_yansimali_sensorler_encoder.html

2)      http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/HCRMobile_robot_platform_(SKU:ROB00021)

3)      http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/c68bc47509fff34_ek.pdf

4)      http://beratmeral.wordpres.com/2012/11/21/sensorler/

5)   Holman,J.P. "Experimental methods for engineers" 7th ed.