در این مقاله ، استراتژی ها و روش های کاهش نویز و اعوجاج سیگنال را بررسی خواهیم نمود و درمورد سیم و کابل و نویز صحبت خواهیم نمود.
مقالات تخصصی سیم و کابل

سیم و کابل و نویز

برای ارسال یک سیگنال شفاف و جلوگیری از ایجاد نویز ، برخی ملاحظات نصب باید در نظر گرفته شوند. نویز الکتریکی باید کاهش یابد و چندین استراتژی برای انجام این کار وجود دارد. رمزگذار یکی از مواردی است که در طول ، پایانه و اتصالات کابل و در “شفاف” نگه داشتن سیگنال نقش مهمی دارد. همچنین روش های دیگری برای کاهش نویز وجود دارد. در این مقاله ، استراتژی ها و روش های کاهش نویز و اعوجاج سیگنال را بررسی خواهیم نمود و درمورد سیم و کابل و نویز صحبت خواهیم نمود.

رمزگذار چیست

رمزگذار یک مبدل الکترو مکانیکی است که حرکت چرخشی مکانیکی را به سیگنال های دیجیتالی برای کنترل دستگاه تبدیل می کند. رمزگذار همزمان با چرخش شافت سیگنال موج مربعی تولید می کند. سرعت ، موقعیت ، بازخورد سروو و … را می توان از طریق پردازش مناسب این سیگنال تعیین کرد. هنگامی که سیگنال الکتریکی از رمزگذار خارج می شود ، از نویز الکتریکی “پاک” است. اما ، تا زمان رسیدن سیگنال به شمارنده مورد نظر ، PLC و غیره ، ممکن است تخریب شود و به اندازه کافی “شفاف” نباشد تا سیستم به درستی کار کند.

نویز الکتریکی

یکی از دلایل عمده تخریب سیگنال ، نویز الکتریکی است. هرچه طول کابل بیشتر باشد ، کابل نویز الکتریکی بیشتری خواهد داشت. اگر این نویز بیش از حد شود ، شمارش اشتباه رخ می دهد. نویز الکتریکی باعث محاسبه ی اشتباه می شود زیرا دستگاه گیرنده نمی تواند تشخیص دهد که آیا سیگنال ورودی سیگنال رمزگذار معتبر یا پالس نویز است. به طور معمول فیلتراسیون سیگنال ورودی کافی برای رسیدگی به این مشکل وجود دارد.

با این وجود ، فیلتر در ورودی دستگاه گیرنده ، سرعت عملکرد سیستم را کاهش می دهد. سالها پیش ، اکثر شمارنده ها دارای محدودیت فرکانس بالا بین 5 تا 20 کیلوهرتز بودند. این محدودیت های فرکانس در محیط های تولید امروزی به راحتی قابل قبول نیستند.

نویز الکتریکی تولید شده توسط برق AC ، موتورهای الکتریکی، روشنایی فلورسنت ، رله ها و بسیاری منابع دیگر می تواند مشکلات زیادی را در سیستم های الکتریکی ایجاد کند. برای رمزگذار در سیستم شما، این مشکلات می تواند از اشتباهی ساده در شمارش تا قفل شدن کامل سیستم سروو باشد.

نویز الکتریکی معمولاً به عنوان یکی از دو نوع تابشی و هدایت شده به سیستم وارد می شود. نویز تابشی از طریق هوا پخش می شود ، در حالی که نویز هدایت شده مسیر الکتریکی را به کابل های رمزگذار از حلقه های زمین ، منابع تغذیه یا سایر تجهیزات متصل به سیستم پیدا می کند.

سیگنال های دیفرانسیل

یک روش برای کاهش مشکل نویز الکتریکی استفاده از سیگنال های دیفرانسیل است. با سیگنال های دیفرانسیل ، خروجی از رمزگذار به دو سیگنال تقسیم می شود که دقیقاً 180 درجه با یکدیگر خارج از فاز هستند. به این سیگنال های مکمل نیز گفته می شود ، زیرا یک سیگنال مکمل یا تصویر آینه ای سیگنال دیگر است. تا زمانی که این دو هادی سیگنال در کنار یکدیگر قرار داشته باشند ، هر نویز دریافت شده توسط کابل دارای اجزای مساوی و درون فاز بر روی هر هادی در کابل خواهد بود. با استفاده از مدار ورودی دیفرانسیل ، ورودی فقط تفاوت بین سیگنال ها را تشخیص می دهد.

هنگامی که یک خط سیگنال در حالت بالا یا logic 1 است ، مکمل در حالت پایین یا logic 0 است. مدار ورودی دیفرانسیل این را به عنوان یک سیگنال درست قبول می کند و نویز ایجاد شده درون فاز به سادگی نادیده گرفته می شوند. برای استفاده از این نوع مصونیت نویز ، رمزگذار باید همان چیزی را داشته باشد که از آن به عنوان مدار خروجی درایور خطی یاد می کنیم. با این حال ، داشتن مدار خروجی درایور خط تنها نیمی از معادله است. انتقال سیگنال به شکل دیفرانسیل کافی نیست.

همچنین باید به صورت دیفرانسیل دریافت شود. برای تحقق این امر ، دستگاه گیرنده نیز باید دارای مدار ورودی دیفرانسیل یا ورودی “گیرنده خط” باشد.

بسیاری معتقدند که با تعیین خروجی دیفرانسیل بر روی رمزگذار ، مشکلات نویز آنها به سادگی برطرف می شود. با این حال ، بدون مدار ورودی گیرنده خط مناسب ، این نوعی هدر دادن پول و حتی تشدید نویز است . اگر خروجی دیفرانسیل رمزگذار به درستی خاتمه نیابد ، اعوجاج و نوسانات نادرست در خطوط سیگنال ظاهر می شود.

Encoder Products مدار خروجی دیفرانسیل را در اکثر مدل ها ارائه می دهد. در محدوده ولتاژ 5 تا 28 ولت، ولتاژ تغذیه DC کار می کند. استاندارد قدیمی تر برای سیگنال های دیفرانسیل (RS-422 نیز شناخته می شود) برای عملکرد 5 ولت مناسب است. با افزایش ولتاژ در سیستم، یک نسبت سیگنال به نویز بسیار بهتر به دست می آید.

در یک سیستم 5 ولت با اسپیک های 3 ولت ، اسپیک ها تقریباً به اندازه دامنه سیگنال مورد نظر هستند. به عنوان مثال ، در تنظیمات مشابه با ولتاژ افزایش یافته به 24 ولت ، به راحتی می توان متوجه شد که همان اسپیک های 3 ولت را می توان به راحتی نادیده گرفت. با این حال ، مهم است که بخاطر بسپارید مدارهای ورودی نیز باید بتوانند این ولتاژ بالاتر را کنترل کنند.

سیم و کابل و نویز

سیم و کابل و نویز – طول کابل

همه کابل ها از میزان کمی ظرفیت الکتریکی بین هادی های مجاوربرخوردارند. این ظرفیت تابعی مستقیم از طول کابل است و تمایل دارد لبه جلوی سیگنال موج مربع را گرد کند و زمان بالا رفتن را افزایش دهد. همچنین می تواند سیگنال را تا حدی که باعث ایجاد خطا در سیستم شود ، تحریف کند.

اعوجاج سیگنال معمولاً برای طول های کمتر از 30 فوت (یا 1000 پیکوفاراد) قابل توجه نیست. برای به حداقل رساندن اعوجاج ، از کابل با ظرفیت الکتریکی کم (در هر فوت کمتر از 30 پیکوفاراد) در کمترین طول ممکن برای برنامه استفاده کنید. برای به حداقل رساندن اعوجاج برای طول کابل بیش از 30 فوت ، از خروجی درایور خط دیفرانسیل ، همراه با مدار گیرنده دیفرانسیل استفاده کنید.

همچنین ، هر زمان که از سیگنال های دیفرانسیل استفاده می شود ، باید از کابل جفت پیچ خورده با ظرفیت کم استفاده شود. برای برنامه های با فرکانس بالا (> 200kHz) ، ممکن است این نوع کابل برای تمام طول ها مورد نیاز باشد.

سیم و کابل و نویز – پایان کابل

پایان مناسب کابل با سیگنال های دیفرانسیل بسیار حیاتی است. با یک پیکربندی ناتمام، ممکن است بازتاب سیگنال رخ دهد ، و در نتیجه شکل موج به شدت تحریف می شود. در صورت وقوع اعوجاج سیگنال ، پایان موازی را امتحان کنید ، که شامل قرار دادن عنصر مقاوم در برابر خطوط دیفرانسیل در انتهای خط (گیرنده) است. مقدار مقاومت خاتمه موازی (RT) باید با امپدانس مشخصه (ZO) کابل مطابقت داشته باشد ، به طور معمول Ω 70-150. این اجازه می دهد تا فرکانس های بالاتر بدون تحریف قابل توجهی منتقل شوند.

معمولاً بهتر است مقداری را برای RT انتخاب کنید که کمی بزرگتر (تا 10٪ بزرگتر) از ZO باشد ، زیرا over-termination باعث بهبود کیفیت سیگنال بهتر از under-termination می شود.

متأسفانه ، مقاومت های کوچک می توانند توان تلف شده توسط درایور خط را افزایش دهند و نوسان سیگنال خروجی را کاهش دهند. در این حالت ، یک خازن باید به صورت سری با مقاومت قرار گیرد. مقدار خازن باید برابر با تاخیر رفت و برگشت کابل تقسیم بر ZO کابل باشد. تاخیر رفت و برگشت برابر است با دو برابر طول کابل ضرب در 1.7ns / ft.

CT ≤ Round Trip Delay / ZO

مثال: طول کابل = 100 فوت سرعت سیگنال = 1.7 ns / ft ZO = 120 Ω

CT ≤ (100ft x 2 x 1.7ns/ft) / 120Ω CT ≤ 3,000 pF

توجه داشته باشید که ثابت بودن زمان RC این نوع پایان می تواند پاسخ فرکانس سیستم را کاهش دهد.

مقدار مقاومت پایان موازی بیشتر از آنچه در بالا ذکر شده است ، اغلب می تواند کاهش کافی بازتاب سیگنال را ایجاد کند و همچنان پاسخ فرکانس کافی و اتلاف انرژی کم را حفظ کند. آزمایش اغلب برای هر برنامه متشکل از کابل طولانی و فرکانس های بالا مورد نیاز است.

سیم و کابل و نویز – اتصال کابل

مهم است که شیلدهای کابل را به انتهای ابزار (شمارنده ، PLC و غیره) به زمین متصل کنید. همیشه موتور / دستگاهی که رمزگذار برای آن نصب شده است را به درستی بر روی زمین قرار دهید. همچنین ، جعبه رمزگذار را تحت شرایط زیر بر روی زمین بگذارید:

(1) از طریق موتور / ماشین و سیم کابل ، جعبه ی رمزگذار را زمین نگذارید ،

(2) اجازه ندهید سیم کشی رمزگذار به طور انحصاری موتور / ماشین را بر روی زمین کند. جریان های زمین زیاد موتور / ماشین می توانند از طریق سیم کشی رمزگذار عبور کنند و به رمزگذار و تجهیزات مرتبط آسیب برساند.

سایر روش ها برای کاهش نویز

روش های مختلفی وجود دارد که می تواند نویز را در سیگنال الکتریکی رمزگذار کاهش دهد:

  • خطوط برق و سیگنال را جداگانه مسیریابی کنید.
  • خطوط سیگنال را بچرخانید و محافظت کنید ، و خطوط سیگنال را در فاصله ی حداقل 12 اینچ از خطوط سیگنال دیگر و از سیم های برق قرار دهید.
  • تداوم سیم سیگنال را از رمزگذار به کنترل کننده / شمارنده حفظ کنید (یعنی از برخورد یا در هم شدن جلوگیری کنید).
  • برق مشخص و تنظیم شده ای برای رمزگذار و تجهیزات همراه (2 ±)) تأمین کنید.
  • اطمینان حاصل کنید که تجهیزات (موتور ، درایو ، شافت و غیره) به درستی به زمین متصل شده اند.
  • شیلد کابل رمزگذار را در انتهای کنترل کننده/ شمارشگر به زمین متصل کنید ، و انتهای آن نزدیک رمزگذار را قطع کنید.
  • در صورت امکان ، از خروجی سیگنال درایور خط دیفرانسیل با کابل جفت محافظ پیچ خورده و با کیفیت بالا استفاده کنید. سیگنال های مکمل سطح نویز حالت معمول و همچنین اعوجاج سیگنال ناشی از طول کابل طولانی را تا حد زیادی کاهش می دهد.

سیمکان ارائه دهنده انواع سیم وکابل در اصفهان