¿Qué es un Codificador Óptico?
Un codificador óptico es un tipo de codificador que utiliza un sensor óptico como método de detección de magnitudes físicas.
El codificador es un sensor de posición que detecta magnitudes físicas como el recorrido de un eje lineal o el ángulo de rotación y emite información sobre la posición en forma de señal eléctrica. En el caso de los codificadores ópticos rotativos, se hace girar un disco con una hendidura, denominado rueda codificadora, y un sensor óptico detecta la luz que pasa a través de la hendidura o que se refleja en ella.
Existen dos tipos de codificadores: los lineales, que detectan el movimiento lineal, y los rotativos, que miden el movimiento de rotación. Los codificadores rotativos son, con diferencia, los más utilizados, ya que pueden combinarse con motores y tienen una amplia gama de aplicaciones.
Aplicaciones de los Codificadores Ópticos
Los codificadores se aplican ampliamente en el sector de los equipos industriales y en otros ámbitos. En particular, los codificadores ópticos son capaces de ofrecer una gran precisión, una alta resolución y una velocidad relativamente alta. Por ello, se utilizan en aplicaciones como el servocontrol, el control de motores elevadores, el control de motores huecos de eje pasante y el control de motores que giran a altas velocidades, donde se requiere precisión de señal en equipos industriales.
También pueden utilizarse en entornos en los que se generan fuertes campos magnéticos sin verse afectados por el campo magnético circundante, lo que los hace útiles para unidades de accionamiento y control de posicionamiento en equipos de IRM (resonancia magnética nuclear) y actuadores de tipo motor lineal.
Estructura de los Codificadores Ópticos
Los codificadores ópticos constan de un elemento emisor de luz como un LED, un elemento receptor de luz como un fotodiodo o fototransistor, una lente y un disco con una hendidura llamado rueda de código.
1. Elemento Emisor de Luz (LED)
Generalmente, el elemento emisor de luz utilizado en los codificadores ópticos es un LED infrarrojo. A veces se utilizan LED de colores con longitudes de onda más cortas para reducir la difusión de la luz. En aplicaciones que requieren un alto rendimiento y resolución, se utilizan costosos diodos láser.
2. Lentes
La luz emitida por los elementos emisores de luz es una luz difusa con poca direccionalidad. Se utiliza una lente convexa para que la luz sea paralela.
3. Ruedas de Cordón
Una rueda de cordón es un disco con orificios a través de los cuales puede pasar o bloquearse la luz. Los materiales pueden ser metal, plástico o cristal. Las de metal son más resistentes a las vibraciones, la temperatura y la humedad, por lo que pueden utilizarse en aplicaciones industriales.
Los de resina son más baratos, aptos para la producción en serie y se utilizan en aplicaciones de consumo. El vidrio se utiliza cuando se requiere alta precisión y resolución.
4. Fotodetectores
Como elementos receptores de luz se utilizan generalmente fotodiodos y fototransistores fabricados con materiales semiconductores como el silicio, el germanio y el fosfato de indio y galio.
Tipos de Codificadores Ópticos
Existen dos tipos de Codificadores Ópticos: transmisivos y reflectivos.
1. Tipo Transmisivo
En el tipo transmisivo, un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz se colocan en lados opuestos de la rueda de codificación, y la luz emitida por el elemento emisor de luz se detecta cuando atraviesa o es bloqueada por la rendija de la rueda de codificación.
2. Tipo Reflectante
En el tipo reflector, el elemento emisor de luz y el elemento receptor de luz están dispuestos en la misma superficie y se detecta la luz reflejada/no reflejada por el reflector de la rueda codificadora.
Principios de los Codificadores Ópticos
La luz que atraviesa o es reflejada por la rueda codificadora es recibida por el elemento receptor de luz y convertida en una señal eléctrica. Cada hendidura de la rueda codificadora hace que la luz se encienda y se apague, y el elemento receptor de luz la recibe y emite una señal de impulsos. Como las rendijas están equidistantes, la velocidad de rotación puede detectarse contando el número de impulsos.
Los codificadores ópticos suelen utilizar dos señales de impulsos desfasadas un cuarto de ciclo para detectar el sentido de giro.
Cómo Elegir un Codificador Óptico
La precisión de la señal de los codificadores ópticos es alta porque las dimensiones físicas de las piezas reflectantes y las rendijas son fijas. Sin embargo, existe un límite físico en la formación de la rendija para aumentar la resolución, lo que hace imprescindible el diseño de sistemas y mecanismos ópticos complejos, que los hacen más grandes y caros.
Son vulnerables a la contaminación por polvo y aceite que bloquean la luz. Es difícil conseguir un bajo consumo de energía porque debe circular corriente por el elemento emisor de luz para estabilizar la salida de la señal.