Descreva o princípio de funcionamento de codificadores (encoders) incrementais e absolutos.
Passo 1
O que o enunciado pede: descrever o princípio de funcionamento de codificadores (encoders) incrementais e absolutos.
Informações relevantes que vou usar ao responder: os dois tipos existem para medir posição angular (ou deslocamento linear quando adaptados), costumam gerar sinais elétricos digitais ou analógicos, e têm características de resolução, direção, referência e comportamento na energização. Não há dados numéricos específicos no enunciado, então vou explicar os princípios gerais, fórmulas básicas e dar exemplos numéricos para fixar.
Informações relevantes que vou usar ao responder: os dois tipos existem para medir posição angular (ou deslocamento linear quando adaptados), costumam gerar sinais elétricos digitais ou analógicos, e têm características de resolução, direção, referência e comportamento na energização. Não há dados numéricos específicos no enunciado, então vou explicar os princípios gerais, fórmulas básicas e dar exemplos numéricos para fixar.
Passo 2
Princípio básico do encoder incremental — ideia geral e construção física
Um encoder incremental transforma rotação em pulsos elétricos. A construção típica (óptica) tem um disco com ranhuras (ou incrementos) e um par fotointerruptores que geram sinais digitais quando a luz atravessa as ranhuras. Cada vez que passa uma ranhura, aparece um pulso. Os pontos principais a entender:
Um encoder incremental transforma rotação em pulsos elétricos. A construção típica (óptica) tem um disco com ranhuras (ou incrementos) e um par fotointerruptores que geram sinais digitais quando a luz atravessa as ranhuras. Cada vez que passa uma ranhura, aparece um pulso. Os pontos principais a entender:
- O disco tem
ranhuras por volta (às vezes chamado de PPR — pulses per revolution). Cada ranhura gera um pulso por canal principal. - Existem normalmente dois canais digitais chamados
e . Eles são projetados para ter um deslocamento de fase de cerca de (fase em termos da forma de onda, não do disco físico). Esse deslocamento é chamado de sinal em quadratura. - Há frequentemente um terceiro pulso chamado índice
(ou ), que dá uma referência única por volta (um pulso por revolução).
Passo 3
Como se obtém posição e direção com um encoder incremental — contagem e quadratura
- Posição relativa: conta-se o número de pulsos desde uma referência para saber o deslocamento. Se o contador está em zero e você recebe
pulsos, a posição relativa é proporcional a . Não há informação absoluta ao ligar o sistema: precisa-se de homing ou do pulso para referência inicial. - Direção: com sinais
e em quadratura, a ordem em que as transições ocorrem indica sentido. Por exemplo, se avança à frente de , o movimento é em um sentido; se lidera , é o outro sentido. Em provas, desenhar as formas de onda de e ajuda a deduzir direção. - Resolução: se o disco tem
pulsos por volta em um canal, a resolução angular por pulso é . Usando quadratura e contando bordas (subidas e descidas em ambos canais) a contagem efetiva por volta pode ser até (contando quatro eventos por ranhura), então a resolução angular efetiva pode ser . Exemplo concreto: para PPR, resolução por pulso ; com quadratura em bordas a borda, resolução .
Passo 4
Sinais elétricos, interpolação e limitações do incremental
- Saídas típicas: sinais digitais TTL/HTL/RS422; o leitor eletrônico faz a discriminação dos pulsos. Ruído e contagens perdidas são preocupações reais; filtros e condicionamento são usados.
- Interpolação: alguns leitores geram formas seno/cosseno (analógicas) a partir de fendas maiores e, por processamento (eletrônico), interpolam entre passos mecânicos para multiplicar a resolução sem aumentar
. Essa técnica usa aritmética para estimar sub-pulsos. - Limitações: não fornece posição absoluta ao energizar (a menos que exista memória externa), pode perder contagens se a velocidade for alta ou sinais forem ruidosos, sensível a folgas mecânicas e vibração.
Passo 5
Princípio básico do encoder absoluto — ideia geral e representação da posição
Um encoder absoluto associa a cada posição angular um código digital único. As formas mais comuns:
Um encoder absoluto associa a cada posição angular um código digital único. As formas mais comuns:
- Disco com pistas concêntricas, cada pista representa um bit; a leitura das pistas fornece um word digital que codifica o ângulo. Se há
pistas/bits, há posições distintas por volta. A resolução angular é . - Em vez de código binário puro, usa-se frequentemente código Gray para que posições adjacentes diferem em apenas um bit (reduz erros durante a transição).
- Existem também encoders absolutos rotativos do tipo resolver (analógico) que geram sinais seno/cosseno; a posição é extraída por arctan e é intrinsecamente absoluta.
- Tipos: single-turn (posição absoluta dentro de uma volta) e multi-turn (também registra número de voltas, por engrenagens mecânicas, contador eletrónico com bateria/energia ou por relógio eletrônico).
Passo 6
Leitura, resolução e vantagem prática do absoluto
- Leitura imediata: ao energizar, o sistema lê o word digital e sabe a posição sem homing. Isso é crucial em aplicações onde a posição absoluta importa (robótica, sistemas de segurança, válvulas críticas).
- Exemplo numérico: se o encoder absoluto tem
bits, as posições por volta são e a resolução é . - Saídas: podem ser paralelas (word completo) ou seriais (protocolos como SSI, BiSS, CANopen etc.). Também há versões ópticas, magnéticas e eletromecânicas.
Passo 7
Por que usar Gray code em absolutos e como evita erros de leitura
- Na transição entre duas posições adjacentes, vários bits num código binário puro podem mudar de 0 para 1 simultaneamente; leituras intermediárias ruidosas podem criar um word incorreto.
- Gray code garante que apenas um bit muda por passo, então uma leitura parcial tem menor probabilidade de representar uma posição errada. Em prova, se pedirem “por que usar Gray?”, explique esse ponto com um desenho de bits mudando.
Passo 8
Comparação prática rápida (quando cada tipo é melhor)
- Incremental: barato, simples, alta taxa de atualização, bom para controle de velocidade/posicionamento onde homing é aceitável. Bom se você pode contar pulsos com confiança.
- Absoluto: informação de posição imediata ao energizar, preferido para segurança, sistemas que exigem reboot sem homing, e aplicações que exigem referência absoluta. Geralmente mais caro e com interface de leitura mais complexa.
Passo 9
Erros comuns em provas e como respondê-los claramente
- Confundir
(PPR) com contagens por volta efetivas (CPR) — sempre especifique se está usando bordas simples ou quadratura (ex.: CPR ou ). - Esquecer o índice
do incremental: explique que ele serve para referência única por volta. - Não mencionar Gray code quando falar de absolute disc encoders: se o enunciado tocar “por que evitar bit-flips”, cite Gray code.
- Quando pedirem resolução, sempre mostrar a conta: por exemplo, “resolução
(ou para absoluto)”.
Passo 10
Exemplos rápidos resolvidos (para treinar na prova)
- Exemplo incremental: “Encoder incremental com
PPR. Resolução por ranhura: . Se uso quadratura em bordas, contagens por volta e resolução .” - Exemplo absoluto: “Encoder absoluto com
bits (single-turn). Resolução: .”
Resposta
Incremental: dispositivo que gera pulsos proporcionais ao deslocamento; tem canais em quadratura
e
(e índice
), permite contar pulsos para obter posição relativa e detectar direção pela fase entre
e
; resolução básica
(ou
se usar quadratura em todas as bordas); requer homing/índice ao ligar e pode perder contagens.
Absoluto: dispositivo que fornece um código único para cada posição angular (pistas de bits ou resolver analógico), permite leitura de posição imediata ao energizar; resolução para
bits; usa frequentemente Gray code para evitar erros durante transições e pode ser single-turn ou multi-turn (registrando voltas).
Absoluto: dispositivo que fornece um código único para cada posição angular (pistas de bits ou resolver analógico), permite leitura de posição imediata ao energizar; resolução