Кодери су уобичајени у производима за контролу покрета, а ротациони енкодери су кључне компоненте повратних петљи контроле кретања, укључујући опрему за индустријску аутоматизацију и контролу процеса, роботику, медицинску опрему, енергију, ваздухопловство, итд.
Као уређаји који претварају механичко кретање у електричне сигнале, енкодери пружају инжењерима основне податке као што су позиција, брзина, растојање и правац који се могу користити за оптимизацију перформанси целокупног система.
Оптичка, магнетна и капацитивна су три главне технологије енкодера доступне инжењерима. Међутим, постоји низ фактора које треба узети у обзир да бисте утврдили која технологија је најбоља за евентуалну примену.
Овај чланак ће дати преглед технологија оптичких, магнетних и капацитивних енкодера и укратко размотрити предности и недостатке сваке технологије.
1. Оптички енкодер
Оптички енкодери су већ дуги низ година популаран избор на тржишту апликација за контролу покрета. Састоји се од ЛЕД извора светлости (обично инфрацрвеног извора светлости) и фотодетектора, који се налазе са обе стране кодне плоче енкодера.
Шифра је направљена од пластике или стакла, са низом провидних и непрозирних линија или прореза распоређених у интервалима. Када се кодни диск ротира, ЛЕД оптичка путања је блокирана линијама или прорезима распоређеним у интервалима на кодном диску, чиме се генеришу два типична правоугаона таласа А и Б ортогонална импулса, који се могу користити за одређивање ротације и брзине осе. .
Техничка анализа оптичких, магнетних и капацитивних енкодера
Слика 1: Типични А и Б ортогонални импулси за оптичке енкодере, укључујући индексне импулсе (Фото кредит: ЦУИ Девицес)
Иако се оптички енкодери широко користе, они и даље имају неколико недостатака. У прашњавим и прљавим окружењима као што су индустријске апликације, загађивачи се могу акумулирати на плочици кода, блокирајући тако пренос ЛЕД светла до оптичког сензора.
Поузданост и тачност оптичког енкодера су веома погођене јер контаминирани кодни диск може довести до дисконтинуитета или потпуног губитка квадратног таласа.
ЛЕД диоде имају ограничен радни век и на крају ће прегорети, што ће довести до квара енкодера. Поред тога, стаклени или пластични кодни дискови су склони оштећењу услед вибрација или екстремних температура, чиме се ограничава применљивост оптичких енкодера у апликацијама у тешким условима; Састављање у мотор не само да одузима много времена, већ носи и већи ризик од контаминације.
Коначно, ако је резолуција оптичког енкодера висока, он ће трошити више од 100 мА струје, што додатно утиче на његову примену у мобилним уређајима или уређајима на батерије.
2. Магнетни енкодер
Магнетни енкодери су слични по структури оптичким енкодерима, али користе магнетно поље, а не светлосни сноп. Магнетни енкодери замењују дискове оптичког кода са прорезима дисковима са магнетним кодом са размакнутим магнетним половима који се ротирају на низу сензора са Холовим ефектом или сензора релуктанције.
Свака ротација кодне плоче ће проузроковати да ови сензори реагују, а резултујући сигнал ће се пренети у коло за кондиционирање сигнала да би се одредио положај осовине.
У поређењу са оптичким енкодерима, магнетни енкодери имају предност што су издржљивији, отпорнији на вибрације и ударце. Штавише, перформансе оптичких енкодера су у великој мери угрожене у случају загађивача као што су прашина, прљавштина и мрље од уља, док магнетни енкодери нису погођени, што их чини идеалним за примену у тешким условима.
Међутим, електромагнетне сметње које генеришу мотори (посебно корачни мотори) ће имати велики утицај на магнетни енкодер, а промене температуре ће такође проузроковати померање његовог положаја.
Поред тога, резолуција и тачност магнетних енкодера су релативно ниске и далеко су мање од оптичких и капацитивних енкодера у овом погледу.
3. Капацитивни енкодер
Капацитивни енкодер се састоји од три главна дела: ротора, фиксног предајника и фиксног пријемника. Капацитивни сензор користи траку или линеарни узорак са једним полом на фиксном елементу и ДРУГИМ полом на ПОКРЕТНОМ елементу да формира променљиви кондензатор конфигурисан као пар пријемника/предајника.
Ротор је урезан синусним узорком који производи специфичан, али предвидљив сигнал док се осовина мотора ротира. Овај сигнал затим конвертује уграђени АСИЦ енкодера да би се израчунао положај и смер ротације осе.
Техничка анализа оптичких, магнетних и капацитивних енкодера
Слика 2: Поређење дискова кодера (Фото кредит: ЦУИ Девицес)
4. Капацитивни енкодер
Капацитивни енкодер ради на истом принципу као и дигитални нониус, тако да пружа решење које превазилази многе недостатке оптичких и магнетних енкодера.
Технологија заснована на капацитивности која се користи у линији АМТ енкодера ЦУИ Девицес показала се као веома поуздана и веома прецизна.
Пошто није потребна ЛЕД диода или линија видљивости, капацитивни енкодери могу постићи жељене резултате чак и када наиђу на загађиваче животне средине који могу негативно утицати на оптичке енкодере, као што су прашина, прљавштина и мрље од уља.
Поред тога, мање је подложан вибрацијама и екстремно високим/ниским температурама од стаклених кодних дискова који се користе у оптичким енкодерима.
Као што је раније поменуто, капацитивни енкодери обично имају дужи радни век од оптичких енкодера јер ЛЕД диоде не сагоревају.
Као резултат тога, капацитивни енкодер има мању величину паковања и троши мање струје у целом опсегу резолуције од само 6 до 18 мА, што га чини погоднијим за апликације на батерије.
Пошто су робусност, тачност и резолуција капацитивне технологије веће од оних код магнетног енкодера, електромагнетне сметње и електрични шум са којима се овај други суочава немају велики утицај на њу.
Поред тога, дигитална природа капацитивних енкодера нуди кључне предности у погледу флексибилности и програмабилности. Пошто је резолуција оптичког или магнетног енкодера одређена плочом енкодера, нови енкодер се користи сваки пут када су потребне друге резолуције, што резултира повећањем времена и трошкова процеса пројектовања и производње.
Међутим, капацитативни енкодери имају низ програмабилних резолуција, штедећи дизајнере муке замене енкодера сваки пут када је потребна нова резолуција, што не само да смањује залихе, већ и поједностављује фино подешавање ПИД контролне петље и оптимизацију система.
Капацитивни енкодери омогућавају дигитално поравнање и индексирање подешавања импулса када је укључен БЛДЦ мотор, што је задатак који се може понављати и одузимати много времена за оптичке енкодере.
Уграђене дијагностичке могућности дају дизајнерима даљи приступ системским подацима ради оптимизације система или решавања проблема на терену.
Техничка анализа оптичких, магнетних и капацитивних енкодера
Слика 3: Поређење кључних индикатора учинка за капацитивну, оптичку и магнетну технологију (Фото кредит: ЦУИ Девицес)
5. Одмерите своје могућности
У многим апликацијама за контролу покрета, температура, вибрације и загађивачи животне средине су важни фактори изазова са којима се кодери морају носити. Испоставило се да капацитивни енкодери могу да превазиђу ове изазове.
У поређењу са оптичким или магнетним технологијама, пружа дизајнерима поуздана, прецизна и флексибилна решења.
Штавише, капацитивни енкодери додају програмибилност и дијагностику, дигиталну функцију која их чини погоднијим за модерне апликације Интернета ствари (ИоТ) и индустријског Интернета ствари (ИИоТ).