Qu’est-ce qu’un codeur optique ?
Un codeur optique est un type de codeur qui utilise un capteur optique comme méthode de détection des quantités physiques.
Le codeur est un capteur de position qui détecte des grandeurs physiques telles que la course de l’axe linéaire ou l’angle de rotation et émet des informations sur la position sous la forme d’un signal électrique. Dans le cas des codeurs optiques rotatifs, un disque doté d’une fente, appelé roue codeuse, est mis en rotation et la lumière qui traverse la fente ou qui est réfléchie par celle-ci est détectée par un capteur optique.
Il existe deux types de codeurs : les codeurs linéaires, qui détectent les mouvements linéaires, et les codeurs rotatifs, qui mesurent les mouvements de rotation. Les codeurs rotatifs sont de loin les plus utilisés, car ils peuvent être combinés avec des moteurs et ont un large éventail d’applications.
Utilisations des codeurs optiques
Les codeurs sont largement utilisés dans le secteur des équipements industriels et ailleurs. Les codeurs optiques sont notamment capables d’une grande précision, d’une haute résolution et d’une vitesse relativement élevée. Ils sont donc utilisés dans des applications telles que la servocommande, la commande de moteurs d’ascenseurs, la commande de moteurs creux à axe traversant et la commande de moteurs tournant à grande vitesse, lorsque la précision du signal est requise dans l’équipement industriel.
Ils peuvent également être utilisés dans des environnements où de forts champs magnétiques sont générés sans être affectés par le champ magnétique environnant, ce qui les rend utiles pour les unités d’entraînement et le contrôle du positionnement dans les équipements IRM (résonance magnétique nucléaire) et les actionneurs de type moteur linéaire.
Structure des codeurs optiques
Les codeurs optiques se composent d’un élément émetteur de lumière tel qu’une DEL, d’un élément récepteur de lumière tel qu’une photodiode ou un phototransistor, d’une lentille et d’un disque muni d’une fente appelé roue codeuse.
1. Élément émetteur de lumière (DEL)
En règle générale, l’élément émetteur de lumière utilisé dans les codeurs optiques est une DEL infrarouge. Des LED colorées avec des longueurs d’onde plus courtes sont parfois utilisées pour réduire la diffusion de la lumière. Dans les applications nécessitant des performances et une résolution élevées, des diodes laser coûteuses sont utilisées.
2. Lentilles
La lumière émise par les éléments émetteurs de lumière est une lumière diffuse avec peu de direction. La lumière est collimatée à l’aide de lentilles convexes.
3. Roues à cordes
Une roue à cordon est un disque percé de trous par lesquels la lumière peut passer ou être bloquée. Les matériaux utilisés sont le métal, le plastique et le verre. Les roues en métal sont plus résistantes aux vibrations, à la température et à l’humidité et peuvent donc être utilisées dans des applications industrielles.
La résine est moins chère, convient à la production de masse et est utilisée dans les applications grand public. Le verre est utilisé lorsqu’une précision et une résolution élevées sont requises.
4. Photodétecteurs
Les photodiodes et les phototransistors fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium, le germanium et le phosphate d’indium et de gallium sont généralement utilisés comme éléments récepteurs de lumière.
Types de codeurs optiques
Il existe deux types de codeurs optiques : les codeurs transmissifs et les codeurs réfléchissants.
1. Type transmissif
Dans le type transmissif, un élément émetteur de lumière et un élément récepteur de lumière sont placés sur les côtés opposés de la roue codeuse, et la lumière émise par l’élément émetteur de lumière est détectée lorsqu’elle passe à travers la fente de la roue codeuse ou qu’elle est bloquée par celle-ci.
2. Type réfléchissant
Dans le type réfléchissant, l’élément émetteur de lumière et l’élément récepteur de lumière sont disposés sur la même surface et la lumière réfléchie/non réfléchie par le réflecteur de la roue codeuse est détectée.
Principe des codeurs optiques
Dans les codeurs optiques, la lumière qui traverse la roue codeuse ou qui est réfléchie par celle-ci est reçue par l’élément récepteur de lumière et convertie en un signal électrique. Chaque fente de la roue codeuse provoque l’allumage et l’extinction de la lumière, et l’élément récepteur de lumière la reçoit et émet un signal d’impulsion. Les fentes étant régulièrement espacées, la vitesse de rotation peut être détectée en comptant le nombre d’impulsions.
Les codeurs optiques utilisent généralement deux signaux d’impulsion déphasés d’un quart de cycle pour détecter le sens de rotation.
Comment choisir un codeur optique ?
La précision du signal des codeurs optiques est élevée car les dimensions physiques des pièces réfléchissantes et des fentes sont fixes. Cependant, il existe une limite physique à la formation de la fente afin d’augmenter la résolution, ce qui rend indispensable la conception de systèmes et de mécanismes optiques complexes, plus volumineux et plus coûteux.
Ils sont vulnérables à la contamination par la poussière et l’huile qui bloquent la lumière. Il est difficile d’obtenir une faible consommation d’énergie, car le courant doit circuler dans l’élément émetteur de lumière pour stabiliser le signal de sortie.