Kodētāji ir izplatīti kustības kontroles produktos, un rotējošie kodētāji ir kustības kontroles atgriezeniskās saites cilpu galvenās sastāvdaļas, tostarp rūpnieciskās automatizācijas iekārtas un procesu vadība, robotika, medicīnas aprīkojums, enerģija, kosmosa u.c.
Kodētāji kā ierīces, kas mehānisko kustību pārvērš elektriskos signālos, nodrošina inženieriem tādus pamatdatus kā pozīcija, ātrums, attālums un virziens, ko var izmantot, lai optimizētu visas sistēmas veiktspēju.
Optiskā, magnētiskā un kapacitatīvā ir trīs galvenās inženieriem pieejamās kodēšanas tehnoloģijas. Tomēr ir jāņem vērā vairāki faktori, lai noteiktu, kura tehnoloģija ir vislabākā iespējamai lietošanai.
Šajā rakstā tiks sniegts pārskats par optisko, magnētisko un kapacitatīvo kodētāju tehnoloģijām un īsi apspriestas katras tehnoloģijas priekšrocības un trūkumi.
1. Optiskais kodētājs
Optiskie kodētāji jau daudzus gadus ir populāra izvēle kustību kontroles lietojumprogrammu tirgū. Tas sastāv no LED gaismas avota (parasti infrasarkanās gaismas avota) un fotodetektora, kas atrodas abās kodētāja koda plāksnes pusēs.
Koda plāksnīte ir izgatavota no plastmasas vai stikla, ar vairākām caurspīdīgām un necaurspīdīgām līnijām vai spraugām, kas sakārtotas ar intervālu. Kad koda disks griežas, LED optiskais ceļš tiek bloķēts ar līnijām vai slotiem, kas izvietoti koda diskā, tādējādi radot divus tipiskus kvadrātviļņu A un B ortogonālus impulsus, kurus var izmantot, lai noteiktu ass rotāciju un ātrumu. .
Optisko, magnētisko un kapacitatīvo kodētāju tehniskā analīze
1. attēls. Tipiski A un B ortogonālie impulsi optiskajiem kodētājiem, tostarp indeksa impulsi (Fotoattēla kredīts: CUI ierīces)
Lai gan optiskie kodētāji tiek plaši izmantoti, tiem joprojām ir vairāki trūkumi. Putekļainā un netīrā vidē, piemēram, rūpnieciskos lietojumos, uz koda plāksnes var uzkrāties piesārņotāji, tādējādi bloķējot LED gaismas pārraidi uz optisko sensoru.
Optiskā kodētāja uzticamība un precizitāte ir ļoti ietekmēta, jo piesārņotais koda disks var izraisīt kvadrātveida viļņa pārtraukumu vai pilnīgu zudumu.
Gaismas diodēm ir ierobežots kalpošanas laiks, un tās galu galā izdegs, izraisot kodētāja atteici. Turklāt stikla vai plastmasas kodu diski ir pakļauti bojājumiem vibrācijas vai ekstremālu temperatūru dēļ, tādējādi ierobežojot optisko kodētāju pielietojamību skarbos vides lietojumos; Tā montāža motorā ir ne tikai laikietilpīga, bet arī rada lielāku piesārņojuma risku.
Visbeidzot, ja optiskā kodētāja izšķirtspēja ir augsta, tas patērēs vairāk nekā 100 mA strāvas, vēl vairāk ietekmējot tā pielietojumu mobilajās vai ar akumulatoru darbināmās ierīcēs.
2. Magnētiskais kodētājs
Magnētiskie kodētāji pēc uzbūves ir līdzīgi optiskajiem kodētājiem, taču izmanto magnētisko lauku, nevis gaismas staru. Magnētiskie kodētāji aizvieto rievotus optisko kodu diskus ar magnētisko kodu diskiem ar attāliem magnētiskajiem poliem, kas rotē uz Hola efekta sensoru vai pretestības sensoru rindas.
Jebkāda koda plāksnītes pagriešana izraisīs šo sensoru reakciju, un iegūtais signāls tiks pārsūtīts uz signāla kondicionēšanas priekšgala ķēdi, lai noteiktu vārpstas stāvokli.
Salīdzinot ar optiskajiem kodētājiem, magnētisko kodētāju priekšrocība ir tā, ka tie ir izturīgāki, izturīgāki pret vibrācijām un triecieniem. Turklāt optisko kodētāju veiktspēja ir ievērojami apdraudēta piesārņotāju, piemēram, putekļu, netīrumu un eļļas traipu gadījumā, savukārt magnētiskie kodētāji netiek ietekmēti, tāpēc tie ir ideāli piemēroti skarbā vidē.
Tomēr elektromagnētiskie traucējumi, ko rada motori (īpaši pakāpju motori), ļoti ietekmēs magnētisko kodētāju, un temperatūras izmaiņas izraisīs arī tā pozīcijas novirzi.
Turklāt magnētisko kodētāju izšķirtspēja un precizitāte ir salīdzinoši zema un šajā ziņā ir daudz mazāka nekā optiskajiem un kapacitatīviem kodētājiem.
3. Kapacitatīvs kodētājs
Kapacitatīvs kodētājs sastāv no trim galvenajām daļām: rotora, fiksētā raidītāja un fiksētā uztvērēja. Kapacitatīvā sensorā tiek izmantota sloksne vai lineāra shēma ar vienu polu uz fiksēta elementa un CITU stabu uz KUSTĪGA elementa, lai izveidotu mainīgu kondensatoru, kas konfigurēts kā uztvērēju/raidītāju pāris.
Rotoram ir iegravēts sinusoidālā viļņa modelis, kas, motora vārpstai griežoties, rada konkrētu, bet paredzamu signālu. Pēc tam šo signālu pārveido kodētāja iebūvētais ASIC, lai aprēķinātu ass pozīciju un griešanās virzienu.
Optisko, magnētisko un kapacitatīvo kodētāju tehniskā analīze
2. attēls. Kodētāja disku salīdzinājums (Fotoattēla kredīts: CUI ierīces)
4. Kapacitatīvs kodētājs
Capacitive kodētājs darbojas pēc tāda paša principa kā digitālais nonija suports, tāpēc tas nodrošina risinājumu, kas novērš daudzus optisko un magnētisko kodētāju trūkumus.
CUI Devices AMT kodētāju sērijā izmantotā kapacitātes tehnoloģija ir izrādījusies ļoti uzticama un ļoti precīza.
Tā kā nav nepieciešama gaismas diode vai redzamības līnija, kapacitatīvie kodētāji var sasniegt vēlamos rezultātus pat tad, ja saskaras ar vides piesārņotājiem, kas var nelabvēlīgi ietekmēt optiskos kodētājus, piemēram, putekļus, netīrumus un eļļas traipus.
Turklāt tas ir mazāk uzņēmīgs pret vibrācijām un ārkārtīgi augstām/zemām temperatūrām nekā stikla koda diski, ko izmanto optiskajos kodētājos.
Kā minēts iepriekš, kapacitatīvo kodētāju kalpošanas laiks mēdz būt ilgāks nekā optiskajiem kodētājiem, jo gaismas diodes neizdeg.
Rezultātā kapacitatīvajam kodētājam ir mazāks iepakojuma izmērs un tas patērē mazāk strāvas visā izšķirtspējas diapazonā tikai no 6 līdz 18 mA, padarot to piemērotāku ar akumulatoru darbināmām lietojumprogrammām.
Tā kā kapacitatīvās tehnoloģijas robustums, precizitāte un izšķirtspēja ir augstāka nekā magnētiskajam kodētājam, elektromagnētiskie traucējumi un elektriskais troksnis, ar ko saskaras pēdējais, to īpaši neietekmē.
Turklāt kapacitatīvo kodētāju digitālais raksturs piedāvā galvenās priekšrocības elastības un programmējamības ziņā. Tā kā optiskā vai magnētiskā kodētāja izšķirtspēju nosaka kodētāja plāksne, katru reizi, kad ir nepieciešamas citas izšķirtspējas, tiek izmantots jauns kodētājs, kā rezultātā palielinās projektēšanas un ražošanas procesa laiks un izmaksas.
Tomēr kapacitatīviem kodētājiem ir virkne programmējamu izšķirtspēju, kas ļauj dizaineriem nomainīt kodētāju katru reizi, kad ir nepieciešama jauna izšķirtspēja, kas ne tikai samazina krājumus, bet arī vienkāršo PID vadības cilpas precizēšanu un sistēmas optimizāciju.
Kapacitatīvie kodētāji ļauj veikt impulsu iestatījumu digitālo izlīdzināšanu un indeksēšanu, kad ir iesaistīts BLDC motors. Tas ir uzdevums, kas optiskajiem kodētājiem var būt atkārtots un laikietilpīgs.
Iebūvētās diagnostikas iespējas sniedz dizaineriem papildu piekļuvi sistēmas datiem, lai optimizētu sistēmu vai novērstu problēmas uz vietas.
Optisko, magnētisko un kapacitatīvo kodētāju tehniskā analīze
3. attēls: kapacitatīvo, optisko un magnētisko tehnoloģiju galveno veiktspējas rādītāju salīdzinājums (Fotoattēla kredīts: CUI ierīces)
5. Izsveriet savas iespējas
Daudzās kustības kontroles lietojumprogrammās temperatūra, vibrācija un vides piesārņotāji ir svarīgi izaicinājumi, ar kuriem kodētājiem ir jātiek galā. Izrādās, ka kapacitatīvie kodētāji var pārvarēt šīs problēmas.
Salīdzinot ar optiskajām vai magnētiskajām tehnoloģijām, tas nodrošina dizaineriem uzticamus, precīzus un elastīgus risinājumus.
Turklāt kapacitatīvie kodētāji papildina programmējamību un diagnostiku — digitālo funkciju, kas padara tos piemērotākus mūsdienu lietiskā interneta (IoT) un rūpnieciskā lietiskā interneta (IIoT) lietojumprogrammām.