電子工学では、おそらく直交エンコーダや直交信号処理の文脈で、「直交」という用語が頻繁に使われることがあります。しかし、それは具体的に何を意味するのでしょうか?この記事では、歴史的な観点からこの概念を紹介し、直交エンコーダについて詳しく説明します。
Quadratureの歴史
求積法は比較的最近の用語だと思うかもしれませんが、実際には古代の数学者が曲線領域を正方形としてモデル化しようとしたヘレニズム時代に由来しています。これは、積分計算や円周率が何兆桁も計算される現代においては時代遅れのように思えるかもしれませんが、家の設計図から回路基板まで、あらゆるものが今でも平方フィート/平方メートル/平方ミリメートルの値で表されていることを考えてみてください。
回転方位角 エンコーダ 同様のタスクを実行し、未知の回転を方形波パルスに分割します。
直交エンコーディング: ロータリーおよびリニア直交エンコーダ
エンコーダーの文脈における直交とは、動きと方向を示す2つの方形波信号が、90度または1/4サイクル位相がずれたパターンで受信されることを意味します。したがって、これは、互いに二乗（90度）した方形波のパターンです。これらの信号は通常、光学的な光伝送または物理的な接触によって生成されます。回転式光学エンコーダの場合、光が通過できる信号ウィンドウを備えたディスクが等間隔で配置されています。
直交位相図。ここのセンサーは窓の領域に露出しているときは高く、リングで隠されているときは低くなっています。
上図のように、時計回りに回転すると、各ディスク ウィンドウは次のパターンでオフセット センサーをアクティブにします。
· センサーA: 0度遷移、90度高、180度遷移、270度低、360度/0度リセット
· センサーB: 0°ハイ、90°トランジション、180°ロー、270°トランジション、360°/0°サイクルリセットハイ
個別に見ると、ローターをどちらの方向に回しても、各パターンは単純に高から低へと変化します。ただし、時計回りに移動する場合、1つのセンサーが特定の遷移を行うと、他のセンサーはすでに既知の状態になります。たとえば、センサーAが180度で高から低に遷移すると、センサーBは時計回りに移動すると低を読み取ります。あるいは、センサーAが高から低に遷移し、センサーBがすでに高として読み取る場合、ホイールが実際には反時計回りに回転していることは明らかです。
回転移動距離は単一チャネルのパルスで測定でき、エンコーダーは通常、PPR (回転あたりのパルス数) で指定されます。ただし、適切な設定を行うと、両方のチャネルの高から低、低から高への遷移を測定できるため、単一チャネルのパルス測定の4倍の精度が得られます。
おそらく明白なことを述べると、この360度のパターンはホイールの全体的な回転ではなく、通常はこの全体的な回転パターン内で発生する多数の個別のオン/オフ パターンになります。さらに、ここでは90º オフセットが重要です。センサーの位相が180度ずれていると、両方のセンサーが同時に遷移し、遷移中に不確定な状態が生じて結果が狂う可能性があります。
あるいは、一部のエンコーダーでは、ここに示すセンサー オフセット配置ではなく、2つの センサーに対してウィンドウのオフセット パターンを使用します。リニア直交エンコーダも同様の方法で構築できますが、センサーウィンドウを直線状（「展開」した状態）にして移動距離を測定します。
エンコーダーの詳細については、次の記事を参照してください。
· エンコーダーとポテンショメーター: プロジェクトに適しているのはどちらですか?
