UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SULCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIA

CURSO DE AUTOMATIZAÇÃO INDUSTRIALDISCIPLINA DE INSTRUMENTAÇÃO

PROF. VALNER BRUSAMARELLO

ENCODER

IVANDRO BOFFISMAEL PERINI

ANDERSON MOREIRAORTIS ALVES MACHADO

CAXIAS DO SUL, NOVEMBRO DE 2005.

ÍNDICE.

1- Introdução...........................................................................................................................3

2- Encoder ..............................................................................................................................4

3- Tipos de encoder................................................................................................................5

4- Dispositivos optoeletrônicos...............................................................................................6

5- Diodos emissores de luz (LED)......................................................................................... 6

6- Sensor fotoelétrico..............................................................................................................7

7- Fotodiodos .........................................................................................................................7

8- Fototransistor .....................................................................................................................7

9- TrabalhoPrático...................................................................................................................8

10- Esquema eletrônico.......................................................................................................... 9

11- Fotos da montagem.........................................................................................................10

12- Gráfico do experimento..................................................................................................11

13- Conclusão....................................................................................................................... 12

14- Anexos............................................................................................................................13

1- INTRODUÇÃO.

Este trabalho tem a finalidade de demonstrar uma aplicação prática deum sensor fotoelétrico em um Encoder, possibilitando a estudantes deinstrumentação entender um pouco mais sobre o funcionamento de sensoresfotoelétricos e alguns componentes eletrônicos, bem como suas aplicações. Poderá servisto que nem sempre é necessário o uso de equipamentos avançados e com custo elevadopara realizar tal trabalho.

2- Encoders.

Os encores são transdutores de movimento capazes de converter movimentoslineares ou angulares em informações elétricas, que podem ser transformadas eminformações binárias e trabalhadas por um programa que converta as informações passadasem algo que possa ser entendido como distância, velocidade, etc, Utilizado muito emMáquinas CNC, Robôs e todas as aplicações que necessitam de um sistema de medição eposicionamento.

Foto 1. Encoder Comercial

Funcionamento.

Os encores possuem internamente um ou mais discos (máscaras) perfurado, quepermite, ou não passagem de um feixe de luz infravermelha, gerado por um emissor quese encontra de um dos lados do disco e captado por um receptor que se encontra do outrolado do disco, este, com o apoio de um circuito eletrônico gera um pulso. Dessa forma avelocidade ou posicionamento é registrada contando-se o número de pulsos gerados. Este aparelho pode ser sofisticado e com custo elevado, mas também é possível criarversões caseiras que servem para proporcionar um estudo e conhecimento de seufuncionamento.

Figura 1. Desenho do Funcionamento interno do Encoder.

Encoders Regular: é um disco perfurado, um led, e um foto transistor. A cadainstante em que a luz é interrompida pela rotação do disco, um pulso é enviado ao controle.A freqüência dos pulsos determina a velocidade do eixo, e a quantidade de pulsos, a partirde um referencial, determina a posição.

Encoders Regular Defasado (Incremental): é um disco especial, aonde os furos estão deslocados em duas filas. Esta montagem provoca uma defasagem nos sinais gerados peloscomponentes óticos (90 graus), o que permite ao computador além de determinar avelocidade de posição, também o sentido do eixo.

Figura 2.

Encoders Absoluto: este encoder se diferencia dos outros pois possui vários sensoresóticos que combinados entre si geram um código binário, para cada posição do disco. No

caso da precisão temos com determinar, tal que a precisão é dada por 360 / (2 elevado ao n.ºde sensores). Existem também encoders lineares (barras ou fitas), tem o mesmo principio defuncionamento (tanto regulares quanto absolutos), porem que desloca-se sobre as fendas doencoder são os sensores.

Resistor Variável (Potenciômetro): bastante utilizado, com CLP’s podemser munidos de interfaces analógicas/digitais. Precisa-se alimentar um de seus terminaisfixos com uma fonte de tensão, e o outro terminal ao terra, e retirar de seu terminal variávelo sinal de realimentação.

Figura 3.

4 - Dispositivos opto eletrônicos.A opto eletrônica é uma tecnologia que associa a óptica com a eletrônica,baseados na reação de uma junção pn.Os componentes optoeletrônicos mais conhecidos são os diodos emissoresde luz (LED), fotodiodos, optoacopladores, etc.

5 - Diodos emissores de luz (LED).

Em um diodo de junção comum com polarização direta, há uma combinaçãode portadores na junção (elétrons-lacunas). À medida que esses elétrons caem deum nível mais alto de energia para um nível mais baixo, eles irradiam energia, sendouma parte dessa energia emitida em forma de calor e outra parte na forma de fótons.No silício e no germânio a maior parte dessa energia é emitida na forma de

calor, sendo a luz emitida insignificante.Os diodos LED têm sido atualmente utilizados para indicação em substituiçãodas lâmpadas pilotos convencionais, devido ao seu baixo consumo de energia(baixa tensão e baixa corrente), sua vida longa e rápida comutação on-off (liga-desliga).Enquanto os diodos comuns são fabricados a partir do silício e do germânio,os LEDs são construídos a partir de elementos como o fosfato de arsenieto de gálio(GaAsP) ou o fosfato de gálio (GaP) e o número de fótons de luz emitida é suficientepara constituir uma fonte de luz bastante visível. O processo de emissão de luz poraplicação de uma fonte elétrica de energia é chamada de eletroluminescência.Como o LED é um dispositivo de junção pn ele terá uma característica depolarização direta.

6 - Sensor Fotoelétrico.

O sensor fotoelétrico baseia-se na transmissão e recepção de luzinfravermelha, podendo ser refletida ou interrompida pelo objeto a ser detectado.Este tipo de sensor é composto por dois circuitos básicos: um transmissor (LED –diodo emissor de luz), responsável pela emissão do feixe de luz, e o receptor(fototransistor ou fotodiodo), responsável pela recepção do feixe de luz.Os sensores ópticos são capazes de detectar vários tipos de objetos. Osobjetos transparentes, entretanto, não podem ser detectados por ele.Através do sensor foto-elétrico é possível a aplicação de encoders, onde umdisco perfurado permite a passagem ou não do feixe de luz. Desta forma a posiçãoou velocidade é registrada contando-se o número de pulsos gerados obtendo umafreqüência.

7 – Fotodiodos.

O fotodiodo caracteriza-se por ser sensível à luz, isto é, quando a luz incideem sua junção, ocorre uma produção de elétrons e lacunas.Quanto maior for a intensidade luminosa que incide na junção, maior será onúmero de portadores minoritários e maior será a corrente reversa.Em resumo, podemos dizer então que um fotodiodo é um dispositivo queconverte a luz recebida em uma determinada quantidade elétrica.

8 – Fototransistor.

Fototransistor é um transistor cujo encapsulamento permite a incidência deluz sobre a junção base-coletor. A corrente gerada pela luz na junção é amplificadapelo transistor, como se fosse uma corrente de base convencional.A corrente de coletor do fototransistor é, portanto, proporcional à intensidadeluminosa incidente sobre o componente.Na aplicação do fototransistor pode-se usar o mesmo circuito típico dofotodiodo.

9 - Trabalho Prático.

O trabalho prático, consiste na montagem de um equipamento para medir freqüência econverter em tensão. Um circuito eletrônico foi montado conforme Figura 2 , um discoperfurado conectado a um motor, este sinal é enviado para o amplificador operacionalLM741, que aumenta o seu ganho , depois este sinal é enviado para o LM331, que tem afunção de converter o sinal de freqüência em tensão.

Fundamentos Teóricos:Os encoders possuem internamente um ou mais discos (máscaras) perfurado, que permite,ou não, a passagem de um feixe de luz infravermelha, gerado por um emissor que seencontra de um dos lados do disco e captado por um receptor que se encontra do outro ladodo disco, este, com o apoio de um circuito eletrônico gera um pulso.

Material utilizado:

1 amplificador operacional Lm7411 Conversor de freqüência em tensão Lm3311 motor com alimentacao de 6 volts1 Disco perfurado3 Resistor de 10kΩ2 Resistor de 100kΩ1 Resistor de 6,8kΩ1 Resistor de 5kΩ2 Resistor de 1kΩ1 Resistor de 68kΩ1 Capacitor 470pf1 Capacitor de 0,01µf1 Capacitor 1 µf1 Trinpot de 5kΩ1 Potenciômetro de 2kΩ1 Circuito integrado Lm3311 Circuito integrado Lm7411 Foto transistor1 Placa perfurada1 fonte +12 –12v1 multimetro1 tacômetro

Montagem:A montagem foi iniciada, conectando os fios no sensor nos pinos do emissor e receptor.

Figura 4. Sensor fotoelétrico.

10 - Figura 5 . Esquema eletrônico .

E

+

-

+

Figura 6. Esquema de ligação motor.

11 - Foto 2. Encoder montado, Vista superior.

c o n t r o l e d e v e l o c i d a d e

M o t o r

+ V112V

R110k 40%

Saída detensão

LM331

LM741

-12v

0v

12+

+ V212V

+C21uFR12

10k 40%

+ V1

-12V

C1470pf

SENSOR

R13100k

R1110k

R86,8k

R768k

R610k

R510k

R41k

R310k

R2100k

R11k

Foto 3. Encoder.

Após Finalizar a montagem do experimento, fizemos as medições. Usando um Tacômetrocom sensor fotoelétrico, na escala Rpm/min posicionado no centro do disco medimos aRpm, e um Multimetro na escala de Freqüência medimos a freqüência conectando as

ponteiras do multimetro no borne 0volts e no borne 2 de ligação do sensor, conectandooutro multimetro no borne 0 volts no borne de saída de tensão, giramos lentamente opotenciômetro até o motor começou a girar, alternamos as medidas do mínimo até omáximo de velocidade do motor e obtemos os resultados previstos de tensão, freqüência erpm, após fizemos o gráfico de resposta do experimento.

Tabela 1. Medições do Encoder.

Rpm /min Freqüência (Hz) Tensão (Volts)450 373 0,420780 645 0,691950 815 0,8391200 1.040 1.0601426 1.200 1.2831500 1320 1.3701840 1.646 1.5002145 1.875 1.9082440 2.008 2.190

12 - Gráfico 1. Resposta do sensor.

13 – CONCLUSÃO.

Os encoders são utilizados em máquinas e equipamentos para verificar e controlarvariável que executam uma determinada tarefa através do circuito de controle.

Resposta Encoder .

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Tensão (volts)

RP

M /

min Rpm

Frequencia

Este trabalho nos proporcionou adquirir e demonstrar conhecimento de eletrônica com osamplificadores operacionais e com os circuitos conversores de tensão em frequencias,conhecemos os sensores ópticos utilizados nos encoders e seu funcionamento. Os resultados obtidos permitiram verificar que o protótipo do encoderdesenvolvido apresenta uma boa resposta linear, para as faixas de velocidades levantadasno laboratório, mostrando que a freqüência e a velocidade são diretamente proporcionais atensão de saída.

14 – BIBLIOGRAFIA.

www.ucs.br/ccet/demc/vjbrusamwww.content.honeywell.com/sensing/productswww.electronica.com.ve