Kodeerijad on levinud liikumisjuhtimistoodetes ja pöörlevad kodeerijad on liikumisjuhtimise tagasisideahelate põhikomponendid, sealhulgas tööstusautomaatikaseadmed ja protsessijuhtimine, robootika, meditsiiniseadmed, energeetika, lennundus jne.
Seadmetena, mis muudavad mehaanilise liikumise elektrilisteks signaalideks, pakuvad kodeerijad inseneridele põhiandmeid, nagu asukoht, kiirus, vahemaa ja suund, mida saab kasutada kogu süsteemi jõudluse optimeerimiseks.
Optiline, magnetiline ja mahtuvuslik on kolm peamist inseneridele saadaolevat kodeerimistehnoloogiat. Siiski tuleb arvesse võtta mitmeid tegureid, et teha kindlaks, milline tehnoloogia on lõplikuks rakendamiseks parim.
See artikkel annab ülevaate optiliste, magnetiliste ja mahtuvuslike kodeerijate tehnoloogiatest ning käsitleb lühidalt iga tehnoloogia eeliseid ja puudusi.
1. Optiline kodeerija
Optilised kodeerijad on olnud liikumisjuhtimise rakenduste turul populaarne valik juba aastaid. See koosneb LED-valgusallikast (tavaliselt infrapunavalgusallikast) ja fotodetektorist, mis asuvad kodeerija koodplaadi mõlemal küljel.
Koodiplaat on valmistatud plastikust või klaasist ning sellel on teatud vahedega läbipaistvad ja läbipaistmatud jooned või pilud. Koodiketta pöörlemisel blokeeritakse LED-i optiline tee koodikettal teatud intervallidega paigutatud joonte või piludega, tekitades seega kaks tüüpilist ruutlaine A ja B ortogonaalset impulssi, mida saab kasutada telje pöörlemise ja kiiruse määramiseks. .
Optiliste, magnetiliste ja mahtuvuslike kodeerijate tehniline analüüs
Joonis 1: tüüpilised A- ja B-ortogonaalsed impulsid optiliste kodeerijate jaoks, sealhulgas indeksimpulsid (fotokrediit: CUI-seadmed)
Kuigi optilisi kodeerijaid kasutatakse laialdaselt, on neil siiski mitmeid puudusi. Tolmustes ja määrdunud keskkondades, nagu tööstuslikud rakendused, võivad koodiplaadile koguneda saasteained, mis takistavad LED-valguse edastamist optilisele andurile.
Optilise kodeerija töökindlus ja täpsus on oluliselt mõjutatud, kuna saastunud koodiketas võib põhjustada ruutlaine katkestuse või täieliku kadumise.
LEDidel on piiratud kasutusiga ja need põlevad lõpuks läbi, põhjustades kodeerija rikke. Lisaks võivad klaasist või plastist koodikettad vibratsiooni või äärmuslike temperatuuride tõttu kahjustada, piirates seega optiliste kodeerijate rakendatavust karmides tingimustes; Selle mootoriks kokkupanek ei ole mitte ainult aeganõudev, vaid sellega kaasneb ka suurem saastumise oht.
Lõpuks, kui optilise kodeerija eraldusvõime on kõrge, tarbib see rohkem kui 100 mA voolu, mis mõjutab veelgi selle kasutamist mobiilsetes või akutoitel seadmetes.
2. Magnetkooder
Magnetkoodrid on oma struktuurilt sarnased optiliste kodeerijatega, kuid kasutavad pigem magnetvälja kui valguskiirt. Magnetkodeerijad asendavad piludega optilise koodi kettad magnetkoodiketastega, mille magnetpoolused on vahedega ja mis pöörlevad Halli efekti andurite või reluktantsiandurite reas.
Koodiplaadi mis tahes pöörlemine paneb need andurid reageerima ja saadud signaal edastatakse signaali konditsioneerimise esiotsa ahelasse, et määrata võlli asend.
Võrreldes optiliste kodeerijatega on magnetkodeerijate eeliseks see, et nad on vastupidavamad, vastupidavamad vibratsioonile ja löökidele. Lisaks on saasteainete (nt tolm, mustus ja õliplekid) korral optiliste kodeerijate jõudlus oluliselt halvenenud, samas kui magnetkoodereid see ei mõjuta, mistõttu on need ideaalsed karmides tingimustes kasutamiseks.
Kuid mootorite (eriti samm-mootorite) tekitatud elektromagnetilised häired avaldavad magnetkooderile suurt mõju ning temperatuurimuutused põhjustavad ka selle asendi triivi.
Lisaks on magnetkodeerijate eraldusvõime ja täpsus suhteliselt madalad ning palju väiksemad kui optilistel ja mahtuvuslikel kodeerijatel.
3. Mahtuvuslik kodeerija
Mahtuvuslik kooder koosneb kolmest põhiosast: rootor, fikseeritud saatja ja fikseeritud vastuvõtja. Mahtuvuslik andur kasutab riba või lineaarset mustrit, mille üks poolus on fikseeritud elemendil ja TEINE poolus LIIKUVAL elemendil, et moodustada muutuv kondensaator, mis on konfigureeritud vastuvõtjate/saatjate paarina.
Rootorile on söövitatud siinuslaine muster, mis annab mootori võlli pöörlemisel spetsiifilise, kuid etteaimatava signaali. Seejärel teisendab selle signaali kodeerija pardal olev ASIC, et arvutada telje asukoht ja pöörlemissuund.
Optiliste, magnetiliste ja mahtuvuslike kodeerijate tehniline analüüs
Joonis 2: Kodeerija ketaste võrdlus (foto krediit: CUI-seadmed)
4. Mahtuvuslik kodeerija
Mahtuvuslik kodeerija töötab samal põhimõttel kui digitaalne noonuse nihik, seega pakub see lahendust, mis ületab paljud optiliste ja magnetiliste kodeerijate puudused.
CUI Devicesi AMT-kodeerijate sarjas kasutatav mahtuvuspõhine tehnoloogia on osutunud väga töökindlaks ja väga täpseks.
Kuna pole vaja LED-i ega vaatevälja, võivad mahtuvuslikud kodeerijad saavutada soovitud tulemusi isegi siis, kui puutuvad kokku keskkonnasaasteainetega, mis võivad optilisi kodeerijaid negatiivselt mõjutada, nagu tolm, mustus ja õliplekid.
Lisaks on see vähem vastuvõtlik vibratsioonile ja äärmiselt kõrgetele/madalatele temperatuuridele kui optilistes kodeerijates kasutatavad klaaskoodikettad.
Nagu varem mainitud, on mahtuvuslikel kodeerijatel tavaliselt pikem kasutusiga kui optilistel kodeerijatel, kuna LEDid ei põle läbi.
Selle tulemusel on mahtuvuslikul kodeerijal väiksem pakendi suurus ja see tarbib vähem voolu kogu eraldusvõime vahemikus 6–18 mA, mis muudab selle sobivamaks akutoitega rakenduste jaoks.
Kuna mahtuvusliku tehnoloogia töökindlus, täpsus ja eraldusvõime on magnetkodeerija omadest kõrgemad, ei avalda viimasega kokku puutuvad elektromagnetilised häired ja elektrimüra sellele suurt mõju.
Lisaks pakub mahtuvuslike kodeerijate digitaalne olemus peamisi eeliseid paindlikkuse ja programmeeritavuse osas. Kuna optilise või magnetilise kodeerija eraldusvõime määrab koodri plaat, kasutatakse uut kodeerijat iga kord, kui on vaja muid eraldusvõimeid, mille tulemuseks on projekteerimis- ja tootmisprotsessi aja ja kulude suurenemine.
Mahtuvuskooderitel on aga hulk programmeeritavaid eraldusvõimeid, mis säästab disainereid kodeerija väljavahetamisest iga kord, kui on vaja uut eraldusvõimet, mis mitte ainult ei vähenda laoseisu, vaid lihtsustab ka PID-juhtahela peenhäälestamist ja süsteemi optimeerimist.
Mahtuvuslikud kodeerijad võimaldavad BLDC mootori käivitumisel impulssseadete digitaalset joondust ja indekseerimist, mis võib optiliste kodeerijate puhul olla korduv ja aeganõudev.
Sisseehitatud diagnostikavõimalused annavad disaineritele täiendava juurdepääsu süsteemiandmetele süsteemi optimeerimiseks või tõrkeotsinguks kohapeal.
Optiliste, magnetiliste ja mahtuvuslike kodeerijate tehniline analüüs
Joonis 3: mahtuvuslike, optiliste ja magnetiliste tehnoloogiate peamiste jõudlusnäitajate võrdlus (fotokrediit: CUI-seadmed)
5. Kaaluge oma valikuid
Paljudes liikumisjuhtimisrakendustes on temperatuur, vibratsioon ja keskkonnasaaste olulised väljakutsed, millega kodeerijad peavad tegelema. Selgub, et mahtuvuslikud kodeerijad saavad neist väljakutsetest üle.
Võrreldes optiliste või magnettehnoloogiatega pakub see disaineritele usaldusväärseid, täpseid ja paindlikke lahendusi.
Lisaks lisavad mahtuvuslikud kodeerijad programmeeritavust ja diagnostikat – digitaalset funktsiooni, mis muudab need sobivamaks tänapäevaste asjade Interneti (IoT) ja tööstuslike asjade Interneti (IIoT) rakenduste jaoks.