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Drehgeber-Technologien verständlich erklärt

11. Oktober 2019, 10:41 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Ausgänge von zwei inkrementellen Quadratur-Drehgebern werden im Allgemeinen als „A“ und „B“ bezeichnet. Der Drehgeber kann auch einmal pro Umdrehung einen dritten Impuls, einen sogenannten Indeximpuls, generieren, um eine physikalische Referenz bereitzustellen. Durch Kombination des Indeximpulses mit den Quadraturausgängen kann die absolute Orientierung der Welle berechnet werden.

Aufgrund der beiden um 90° phasenverschobenen Ausgaben ist es möglich, nicht nur den Winkelversatz, sondern auch die Richtung der Drehung zu messen (Bild 2). Wenn sich die Welle des Drehgebers im Uhrzeigersinn dreht, führt die Welle A die Welle B. Bei einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn führt das Signal B das Signal A.

Mit den zwei Quadratursignalen ist es möglich, vier Zustände pro Zyklus aufzulösen. Die Zustände innerhalb eines einzelnen Zyklus sind A = 1 und B = 0, A = 1 und B = 1, A = 0 und B = 1 und schließlich A = 0 und B = 0. Dies bedeutet, dass die Winkelauflösung eines Quadraturausgangs das Vierfache der Impulse pro Umdrehung (Pulse per Revolution, PPR) beträgt.

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Die Betrachtung und Messung der Quadraturausgaben eines optischen Drehgebers auf einem Oszilloskop zeigt die Phasenbeziehung zwischen den Ausgaben (Bild 3). Das Signal A liegt im oberen und das Signal B im unteren Streifen. Der Phasenparameter des Oszilloskops ist so eingestellt, dass er die Phasendifferenz zwischen den Signalen A und B misst. Die mittlere Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen beträgt 90,4°.

In diesem Beispiel wurde A als einziger Ausgang verwendet, da der Drehgeber als Tachometer verwendet wurde und die Rotationsgeschwindigkeit eines Motors gemessen wurde. Als Frequenz des Signals A wird mit dem Parameter P2 des Oszilloskops 28,87 kHz gemessen. Dies wird in die Rotationsgeschwindigkeit der Welle durch Division durch die 512 Impulse pro Umdrehung (PPR) und Multiplikation mit 60 umgerechnet, um die Winkelgeschwindigkeit der Welle in Umdrehungen pro Minute zu erhalten, die in Parameter P3 als 3383 RPM ausgelesen wird. Auf der Grundlage dieser Werte liefern die 512 PPR dieses Drehgebers eine Auflösung von 0,7 Grad. Nach Interpretation der Zustände A/B beträgt die Auflösung 0,175°.