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Codificadores De Posición O Distancia Dentro de los transductores de posición podemos distinguir dos grandes grupos: - Los indicadores de posición lineal o angular para grandes distancias, conocidos también como sistemas de medición de coordenadas. - Los detectores de pequeñas deformaciones o detectoras de presencia de objetos a una cierta distancia que dan una señal analógica o digital proporcional a dicha distancia Los medidores de coordenadas se utilizan, por lo general, para determinar la posición relativa de partes móviles de una maquina. Se trata de transductores de desplazamiento relativo previstos para la medición indirecta de distancias, y decimos medición directa por cuanto en realidad no permiten determinar la distancia entre objetos estáticos, sino únicamente la posición relativa de objetos a partir de un origen de desplazamiento. Su característica esencial es que permiten medir grandes distancias con una excelente resolución y se usan, sobre todo, en el campo de la robótica y la máquina- herramienta. Podemos distinguir dos tipos: absolutos e incrementales. Los primeros dan en todo momento una indicación de la posición respecto a un origen, incluso en caso de pérdida de alimentación. Los incrementales, en cambio detectan desplazamientos y obtienen la posición final a base de

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Codificadores De Posición O Distancia

Dentro de los transductores de posición podemos distinguir dos grandes grupos:

- Los indicadores de posición lineal o angular para grandes distancias, conocidos también como sistemas de medición de coordenadas.

- Los detectores de pequeñas deformaciones o detectoras de presencia de objetos a una cierta distancia que dan una señal analógica o digital proporcional a dicha distancia

Los medidores de coordenadas se utilizan, por lo general, para determinar la posición relativa de partes móviles de una maquina. Se trata de transductores de desplazamiento relativo previstos para la medición indirecta de distancias, y decimos medición directa por cuanto en realidad no permiten determinar la distancia entre objetos estáticos, sino únicamente la posición relativa de objetos a partir de un origen de desplazamiento. Su característica esencial es que permiten medir grandes distancias con una excelente resolución y se usan, sobre todo, en el campo de la robótica y la máquina- herramienta. Podemos distinguir dos tipos: absolutos e incrementales.

Los primeros dan en todo momento una indicación de la posición respecto a un origen, incluso en caso de pérdida de alimentación. Los incrementales, en cambio detectan desplazamientos y obtienen la posición final a base de acumular dichos desplazamientos respecto a un origen. En pierden la menta consecuencia cuando estos últimos pierden la alimentación pueden perder la referencia de origen.

La mayoría de medidores de coordenadas están b sados en detectores de desplazamiento angular, pero mecánicamente resulta fácil la conversión de movimiento lineal en angular y viceversa, basándose en huesillos o mecanismos de piñón y cremallera. Por lo tanto no haremos distinción entre detectores de posición angular o lineal.

El segundo grupo de detectores que hemos mencionado, es decir, los detectores de pequeñas distancias, permiten determinar la distancia entre un objeto estático o en movimiento respecto al cabezal del sensor.

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Potenciómetros

El potenciómetro es un transductor de posición angular, de tipo absoluto y con salida de tipo analógico. Consiste en una resistencia de hilo bobinado en una pista de material conductor atribuida a lo largo de un soporte y un cursor solidario a un eje que puede deslizar sobre el vector

Los potenciómetros siempre están presentes en uno que otro circuito que armamos, en ocasiones los hemos modificado aprovechándonos de las leyes físicas.Sin embargo, de cuando en cuando me obligan a consultar la manera en la que se conectan. Para todos aquellos que tienen también ese problema, les dejo esta mini guía, la estaré ampliando mas adelante.

Imagen de un potenciómetro con sus terminales numerados

En esta imagen vemos la morfología más común de un potenciómetro, lo importante mas que las partes que lo componen es la numeración y ubicación de sus terminales. Cualquier potenciómetro que veamos en esa posición tendrá los terminales en la posición que se ve en la imagen.

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Terminales y conexiones de un potenciómetro, de acuerdo a la numeración antes vista

A la izquierda tenemos el diagrama típico de una resistencia variable o potenciómetro, la numeración de sus terminales coincide con la imagen que se encuentra arriba. En la imagen del medio se encuentra la manera típica de conectar el por cuando deseamos usarlo como control de volumen, en un amplificador por ejemplo. Y al lado derecho cuando deseamos tan solo variar su resistencia en un circuito determinado.

.Encoders

Descripción.

El encoder es un transductor rotativo, que mediante una señal eléctrica (normalmente un pulso o una señal senoidal) nos indica el ángulo girado. Si este sensor rotatorio lo conectáramos mecánicamente con una rueda o un husillo, también nos permitiría medir distancias lineales.

Una clasificación de los encoder según el tipo de información sobre la posición que generan sería:

• ENCODERS INCREMENTAL

La señal de salida se transmite por un hilo en el que se transmite un pulso por cada ángulo girado, de tal forma que si tenemos un encoder de 1000 ppr, tendremos un pulso por cada 360º/1000= 0,360º. El inconveniente es que no disponemos de una referencia absoluta de la posición en la que se encuentra el eje.

Los encoders incrementales suelen tener una sola banda de marcas transparentes y opacas repartidas a lo largo del disco rotorico y separadas por un paso (p).

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En el estator suelen disponer de los pares de emisor-receptor óptico (salida de dos canales) decalados un numero entero de pasos más de ¼. Al girar el rotor, cada par óptico genera una señal cuadrada. El de calaje de ¼ de división de los captadores hace que las señales cuadradas de salida tengan entre si un desfase de ¼ de periodo cuando el rotor gira en sentido contrario, lo cual se utiliza para discriminar el sentido de giro.

Un simple sistema lógico permite determinar desplazamientos a partir de un origen, a base de contar los impulsos de un canal y determinar el sentido de giro a partir del desfase entre las señales de los dos canales.

Algunos encodersincrementales disponen de un canal adicional, que proporciona un impulso por revolución. La lógica de control puede utilizar esta señal para implementar un contador de vueltas y otro para fracciones de vuelta.

La resolución del encoder dependerá del numero (N) de divisiones del rotor o, lo que es lo mismo, del numero de Impulsos por revolución. La resolución expresada en grados vale:

No debe confundirse la resolución angular del encoder con la posible resolución de un sistema de medida de coordenadas lineales, que dependerá además de la desmultiplicación mecánica.

• ENCODERS ABSOLUTOS

La posición se da en valor absoluto mediante un bus paralelo. Es decir, que si tenemos un encoder de 256 posiciones, tendremos un bus de 8 líneas que nos indicaran en binario cual es su posición (normalmente estos transductores codifican la posición en código gray para evitar errores). El inconveniente de estos encoders es la cantidad de líneas que necesitamos leer y conectar y que debido a la complejidad del disco óptico que codifica las posiciones la resolución no suele ser muy elevada.

Los encoders absolutos de varias bandas dispuestas en forma de coronas circulares concéntricas, con zonas opacas y transparentes dispuestas de tal forma que en sentido radial el rotor queda dividido en una serie de sectores, con combinaciones de opacos y transparentes que siguen un código Gray o binario reflejado (figura 7.11). El estator dispone de un captador para cada corona del rotor dispuesto en forma radial. El conjunto de informaciones binarias obtenidas de los contadores es único para cada posición del rotor representa en código Gray la posición absoluta.

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El tipo de código reflejado tiene ventaja de que en cada cambio de sector sólo cambia el estado de una de las bandas, evitando así que puedan producirse errores por falta de alineación de los captadores. Como ejemplo indica la generación del código Gray de tres bits:

Obsérvese que a partir de los ejes de simetría se obtienen los bits correspondientes por imagen espectacular de los bits subrayados. De ahí el nombre de código reflejado.

Para un encoder con M bandas de en el rotor, se tendrá un código de N bits que permite 2N combinaciones. La resolución del encoder será:

Típicamente los encoders disponibles van desde los 12 a los 16 bits de lo que se consiguen resoluciones entre 1/4096 y 1/65.536 de revolución (en grados, 0.0879° y 0.00054°).

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Nos vamos a centrar en los encoder incrementales ópticos, que suelen ser los más utilizados.

Encoders incrementales ópticos.

Las características básicas de un encoder incremental óptico son:

• Tensión de alimentación: Nos indica a que tensión puede trabajar el encoder. A veces es fija (5v, 12v, etc...), pero lo habitual es que sea un rango de tensiones.

• Resolución: Es el número de pulsos que da por revolución (ppr).

• Tipo de salida: Las salidas de los canales pueden ser de varios tipos; TTL, colector abierto, tótem-pole, etc..., por lo que habrá que utilizar el circuito adecuado para adaptar estas salidas.

• Número de canales: Suelen ser 1 o 2, más un canal adicional de índex (I) que de un pulso por vuelta. Con los encoders de un solo canal podemos saber el ángulo girado pero no la dirección de giro, por lo que la mayoría de los encoders llevan dos canales que generan señales cuadradas desplazadas 90º. Este desfase, como veremos más adelante, es el que nos permite determinar la dirección de giro.

En el siguiente dibujo vemos un encoder real (HEDS-5540 de Hewlett Packard) de dos canales más índex con su conexión habitual para circuitos TTL.

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Supongamos un encoder de 500 ppr. Las señales a lo largo del tiempo que vamos a obtener por los canales A y B serán las siguientes:

En cada revolución completa del encoder podremos contar 500 pulsos, con un flanco de subida (transición de 0 a 1) y un flanco de bajada (transición de 1 a 0) cada uno. Para determinar el ángulo girado por el encoder se cuenta el número de flancos de subida (o de bajada) generados en un canal (por ejemplo el A) y la dirección vendrá determinada, en cada pulso, por el estado del otro canal, de tal forma que si esta a 0 determinamos que va en una dirección (la que nosotros queramos) y si es 1 ira en la dirección contraria. Podemos leer los flancos de subida del canal A y B para duplicar la resolución por 2, o leer los 2 flancos de subida y los 2 de bajada para multiplicamos la resolución por 4, con lo que un encoder de 500 ppr se convierte en uno de 2000 ppr.

Por ejemplo, vamos a realizar la lectura de un encoder con dos canales desplazados 90º, con resolución máxima, es decir, leyendo los cuatro flancos. Para entender bien el funcionamiento hemos de pensar que cuando cambiamos de dirección, lo que antes era el flanco de subida, pasa a ser flanco de bajada y viceversa. Pasemos al ejemplo:

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Ejemplo conexión a un PIC16F819

Como ejemplo práctico vamos a conectar el encoder HEDS-5540 a el micro controlador PIC16F819.

Conexiones:

• CANAL A: Este canal nos va a servir para contar el número de pulsos. Para obtener un rendimiento optimo del encoder, lo mejor es conectarlo a una línea que pueda generar una interrupción en cada flanco. Usaremos RB0.

• CANAL B: Lo utilizaremos para determinar la dirección de giro. UsaremosRB1.• INDEX: No lo vamos a utilizar, pero una función interesante es la de poner a 0 en contador, lo que nos permitiría saber en cada momento la posición absoluta del encoder.Normalmente para gestionar el encoder a nivel de software se crea una variable (en nuestro ejemplo Encoder) que se va incrementando o decrementando según el sentido de giro en cada pulso, de tal forma que esta variable contiene la posición relativa del eje del encoder (si conocemos la posición inicial del motor cuando se encendió el dispositivo, entonces sabremos la posición absoluta). El programa siguiente implementa las rutinas necesaria para controlar el encoder, incrementando o decrementando el valor de la variable Encoder

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SINCROS Y RESOLVERS

Un sincro es un transductor de posición angular de tipo electromagnético, cuyo principio de funcionalidad puede resumirse diciendo que se trata de un transformador con uno de los de los devanados rotativo.

Existen diversos tipos de sincros, dependiendo del número de devanados de su disposición, pero las configuraciones más frecuentes son las que ponen de:

-primario alojado en el rotor y, en general, monofásico.-Secundario alojado en el estator y, en general, trifásico.

Para comprender el funcionamiento de un sincro nos referimos a la figura 7.12, donde se representa esquemáticamente uno con las características antes indicadas (primario monofásico y secundario trifásico conectado en estrella). Cuando se aplica una tensión senoidal U₁ al devanado primario, se recogen en

los devanados secundarios de cada una de las fases 3 tensiones, e ṣ₁, eṣ₂, eṣ₃, cuya amplitud y fase con respecto a la tensión de primario dependen de la posición angular del rotor, según indican estas ecuaciones:

Obsérvese que en caso de existir una sola dase, se obtendría una sola de las tensiones de secundario, e ṣ₁ por ejemplo, con lo cual, si se quiere determinar

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la posición angular del rotor por la tensión obtenida del secundario, existiría una indeterminación en el signo del ángulo, al ser Cos Ө = cos (-Ө). Para un sincro con secundario trifásico tal indeterminación desaparece ya que:

En la figura 7.13 muestra esquemáticamente la amplitud y signo de las tensiones en los devanados del estator para diferentes orientaciones del devanado retórico.En algunos servos de posición se utilizan pares de sincros en una configuración denominada transmisor-receptor o <<maestro-esclavo>> que permite generara una señal promocional a la diferencia de ángulos de los 2 sincros encuentra su aplicación en servos de seguimiento, copiadoras, pilotos automáticos, etc., basándose en el siguiente principio (figura 7.14).

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El sincro maestro es alimentado por el rotor, al tiempo que dicho rotor es accionado mecánicamente siguiendo, por ejemplo, un contorno en el caso de copiadoras. El sistema trifásico maestro alimenta el devanado estatórico del sincro esclavo y en el devanado rotórico de

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En este último aparece una tensión que depende de la desviación angular relativa entre los dos rotores, tal como indica la ecuación 7.7. un sistema angular de posición, que tienda a hacer cero dicha desviación, hará que el rotor de sincro esclavo siga exactamente los movimientos del sincro maestro, constituyendo lo que se llama a veces eje eléctrico:

U 2=K U 1 senωt cos (θ1−θ2)

Una configuración particular de sincros es la de los resolver, cuyo principio de funcionamiento es análogo, con las siguientes particularidades constructivas:

Primario alojado en el estator generalmente bifásico.

Secundario alojado en el rotor que puede ser monofásico o bifásico.

Así pues, los resolver son sincros de una configuración distinta de desvanados. Los desvanados se alimentan generalmente en serie(sistema monofásico), dando campo estacionario sobre el ejeθ y los desvanados del rotor(bifásico)

recopilando sendas tensiones de acuerdo con las siguientesecuaciones