Drehgeber/Inkrementalgeber

25.11.2013 | Author: Phil | Posted in Technik und Wissenschaft

Bei Inkrementalgebern oder Winkelsensoren, handelt es sich um Sensoren, die die aktuelle Position und Richtung einer Drehbewegung bestimmen können. Diese Art von Sensoren arbeitet meist optisch, indem ein Laserstrahl durch die Rasterung in einer Lochscheibe unterbrochen wird. Wird eine Drehbewegung ausgeübt, dann führt jede Unterbrechung des Strahles zur Inkrementierung eines Zählerwertes. Dieser Zählerwert kann von der digitalen Logik des Sensors jederzeit abgefragt werden.

Die Bestimmung der Richtung einer Drehung wird üblicherweise durch leicht zueinander versetze Laser möglich. Diese würden in einer bestimmten Reihenfolge, je nach Drehrichtung auslösen. Ändert sich diese Reihenfolge, dann hat sich auch die Drehrichtung verändert. Typischerweise wird in einer Richtung der Inkrementalzähler erhöht und in der entgegen gesetzten Richtung verringert. So kann mittels einer Division jederzeit durch angeschlossenen Software oder Hardware der aktuelle Winkel bestimmt werden.

Die erreichbare Auflösung der Messung ist durch den physischen Aufbau des Sensors bestimmt. Verfügt die Lochscheibe beispielsweise über eine geringe Auflösung von nur einem Grad. Aktuelle Sensoren haben typischerweise eine Auflösung von mehreren zehntausend Inkrementen für eine volle Umdrehung. So werden auch noch Bewegungen im Bereich von hundertstel Grad messbar.

Ein anderer wichtiger Faktor ist die maximal messbare Drehgeschwindigkeit. Die Logik, die die Unterbrechungen der Optik zählt muss ausreichend schnell sein. Ist sie zu langsam, so werden u.U. Unterbrechungen nicht gezählt und es stellt sich ein Messfehler ein, der auch im laufenden Betrieb nicht mehr korrigierbar ist. Hierzu müsste der Winkelsensor im Rahmen einer Wartungsphase neu kalibriert werden. Die maximal handhabbare Drehgeschwindigkeit und die Auflösung hängen vom Anwendungsfall ab. Relativ langsame Drehungen können bei entsprechend geringerer Auflösung noch vollständig ohne dedizierte Hardware gezählt werden, z.B. indem Interrupts auf einem kleinen und vergleichsweise schwachen Mikrocontroller ausgelöst werden. Jeder Interrupt entspricht dann einer Inkrementierung bzw.

Dekrementierung des Inkrementzählerwertes. Letzterer würde vollständig in Software verwaltet. Anspruchsvollere Anwendungen mit höherere Drehgeschwindigkeit und/oder hoher Auflösung bedürfen einer dedizierten Hardware, die fähig, sehr schnell zu zählen. Diese Hardware bietet dann dem angeschlossenen Rechner eine Schnittstelle, mit der der Zählerwert abgefragt werden kann.

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