Información básica sobre Encoders, diferencia entre incremental y absoluto

1. Presentado por:
Mario Alberto Sanchez
Seúl Irán Cruz
Jesús García Pomposo
Rubén Efraín Mata

2. 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:
Encoder Incremental
Encoder Absoluto

3.  Encoder 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 360°/1000= 0,360°. El inconveniente es que no
disponemos de una referencia absoluta de la posición en la que se encuentra el eje.
 Encoder absoluto: 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.
Disco Incremental Disco Absoluto Escala Lineal

4.  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 index (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.
Ejemplo de disco ranurado y de señales en cuadratura junto con la señal de referencia, generadas por un encoder incremental.

5. El elemento principal es una cinta flexible que tiene una sucesión de polos magnéticos; se monta sobre una
superficie, que puede ser plana o curvada. Un sensor unido a la parte móvil de la máquina se desplaza
paralelamente a la cinta y detecta el paso de los polos magnéticos; genera una señal igual a la de un encoder.
Puede ser incremental o absoluto.
 Ventajas del sistema:
 Medida real de la posición.
 Robustez. Insensible al polvo, suciedad, agua, aceites, etc... Protección IP67.
 Sin mantenimiento. Carece de elementos móviles y trabaja sin contacto, por lo tanto no hay desgaste.
 Economía de montaje.
 Gran variedad de resoluciones y señales de salida.

6. Este tipo de encoder se caracteriza porque determina su posición, contando el numero de
impulsos que se generan cuando un rayo de luz, es atravesado por marcas opacas en la
superficie de un disco unido al eje. En el estator hay como mínimo dos pares de foto receptores
ópticos, escalados un número entero de pasos más ¼ de paso. Al girar el rotor genera una señal
cuadrada, el escalado hace que las señales tengan un desfase de ¼ de periodo si el rotor gira en
un sentido y de ¾ si gira en el sentido contrario, lo que se utiliza para discriminar el sentido de
giro. Un simple sistema lógico permite determinar desplazamientos a partir de un origen, a base
de contar impulsos de un canal y determinar el sentido de giro a partir del desfase entre los dos
canales. Algunos encoders pueden disponer de un canal adicional que genere un pulso por
vuelta y la lógica puede dar número de vueltas más fracción de vuelta.

8. Cuando se requiere más resolución, es posible para el contador computar los márgenes de
dirección y rastreo de la serie de pulsos de un canal, el cual duplica (x2) el número de
pulsos contados para una rotación o pulgada de movimiento. Al contar ambos márgenes
de dirección y de rastreo de ambos canales darán una resolución x4.
Una salida de un encoder incremental indica movimiento. Para determinar la
posición, sus pulsos deben ser acumulados por un contador. La cuenta esta
sujeta a pérdida durante una interrupción de energía o corrupción por
transistores eléctricos. Cuando comienza, el equipo debe ser dirigido a una
referencia o posición de origen para inicializar los contadores de posición.

9. Éste es un sistema de código binario en el cual dos códigos adyacentes sólo se diferencian
en una posición:
Sector Contacto 1 Contacto 2 Contacto 3 Ángulo
1 OFF OFF OFF 0º a 45º
2 OFF OFF ON 45º a 90º
3 OFF ON ON 90º a 135º
4 OFF ON OFF 135º a 180º
5 ON ON OFF 180º a 225º
6 ON ON ON 225º a 270º
7 ON OFF ON 270º a 315º
8 ON OFF OFF 315º a 360º
Codificador rotativo para dispositivos de medidas de ángulo con marcas en el sistema en
código Gray (BRGC) (binario de 3 bits). El anillo interior corresponde al contacto 1 en la
tabla. Sectores en negro son "on". El cero está en el lado derecho, incrementando el
ángulo con giro a izquierdas.

10. Un encoder absoluto genera mensajes digitales lo cual representa la posición actual del
encoder, así como su velocidad y dirección de movimiento. Si la energía se pierde, su
salida será corregida cada vez que la energía sea reestablecida. No es necesario ir a una
posición referencial como con los encoders de tipo incremental. Los transistores eléctricos
pueden producir únicamente errores de datos transitorios, usualmente muy breve como
para afectar la dinámica de un control de sistema.
La resolución de un encoder absoluto es
definida como el número de bits por
mensaje de salida. Esta salida puede ser
directamente en código binario o Gray, el
cual produce un cambio de un solo bit en
cada paso para reducir errores.

11. En el encoder absoluto, el disco contiene varias bandas dispuestas en forma de coronas
circulares concéntricas, dispuestas de tal forma que en sentido radial el rotor queda
dividido en sectores, con marcas opacas y transparentes codificadas en código Gray.

12. Según la posición del disco, la luz emitida por cada emisor se enfrentará a un sector opaco o
transparente.
 Si se enfrenta a un sector opaco, la lus se refleja y el receptor recibe la señal.
 Si se enfrenta a un sector transparente, la luz no se refleja y el receptor no recibe la señal.
Las diferentes combinaciones posibles de sectores dan origen a una señal de salida digital
formada por cuatro bits que puede ser posteriormente procesada. Generalmente, los encoders
incrementales proporcionan mayor resolución a un costo más bajo que los encoders absolutos.
Además, su electrónica es más simple ya que tienen menos líneas de salida.

13. La salida de un encoder incremental es un pulso de corriente sobre uno o dos canales,
mientras que la salida de un encoder absoluto es un mensaje en multi-bits. Esto puede ser
transmitido en cualquier en forma paralela o serial.
 Salida paralela: La salida paralela hace que todos los bits de salida estén
simultáneamente disponibles. Pueden ser suministrados en código Binario o ser
transformados a código Gray. El código Gray produce solamente un cambio de un solo
bit en cada paso, lo cual puede reducir errores. La tabla que a continuación se
presenta muestra un ejemplo de conversión entre el código Binario puro y el código
Gray.
Disco óptico de 2 bits
con código binario
Disco óptico de 2 bits
con código Gary

14.  Salida Serial: La alternativa a la salida paralela es codificarlo y enviarlo en forma serial.
Hay varios transportes seriales disponibles, así como conductores industriales
estándar. Los intercambios entre estas incluyen bandas anchas, proporciones
actualizadas, requerimientos de hardware, los cuales son patente vs. no patente, y su
disponibilidad.

15. Cableado general e instalación
CABLEADO GENERAL Y PAUTA DE INSTALACIÓN
Los problemas más frecuentes encontrados en la transmisión de señal(es) de un
encoder para los aparatos de recepción son distorsión en la señal y ruido
eléctrico. Cualquiera de estos puede resultar en ganancia o pérdida de conteo
de encoder. Muchos problemas se pueden evitar con buen alambrado y
practicas de instalación. Las siguientes descripciones y recomendaciones se
presentan como guías generales y practicas para la instalación de equipos de
campo.

20. A través de las medidas mecánicas, usualmente las rejillas, piñones o tornillos de metal, los
ENCODERS ROTATORIOS pueden medir el movimiento lineal o recto. Calibrando el número
de pulsos por unidad de medida implica seleccionar el transductor correcto y puede incluir
un paso de calibración separada.