Kodlayıcılar, hareket kontrol ürünlerinde yaygındır ve döner kodlayıcılar, endüstriyel otomasyon ekipmanı ve proses kontrolü, robotik, tıbbi ekipman, enerji, havacılık vb. dahil olmak üzere hareket kontrolü geri besleme döngülerinin temel bileşenleridir.
Mekanik hareketi elektrik sinyallerine dönüştüren cihazlar olarak kodlayıcılar, mühendislere genel sistemin performansını optimize etmek için kullanılabilecek konum, hız, mesafe ve yön gibi temel verileri sağlar.
Optik, manyetik ve kapasitif, mühendislerin kullanabileceği üç ana kodlayıcı teknolojisidir. Bununla birlikte, nihai uygulama için hangi teknolojinin en iyi olduğunu belirlemek için dikkate alınması gereken bir dizi faktör vardır.
Bu makale optik, manyetik ve kapasitif kodlayıcı teknolojilerine genel bir bakış sunacak ve her bir teknolojinin avantaj ve dezavantajlarını kısaca tartışacaktır.
1. Optik kodlayıcı
Optik kodlayıcılar, uzun yıllardır hareket kontrolü uygulama pazarında popüler bir seçim olmuştur. Kodlayıcı kod plakasının her iki tarafında bulunan bir LED ışık kaynağı (genellikle kızılötesi ışık kaynağı) ve bir fotodedektörden oluşur.
Kod plakası, aralıklarla düzenlenmiş bir dizi şeffaf ve opak çizgi veya yuva ile plastik veya camdan yapılmıştır. Kod diski döndüğünde, LED optik yolu, kod diski üzerinde aralıklarla düzenlenen hatlar veya yuvalar tarafından engellenir, böylece eksenin dönüşünü ve hızını belirlemek için kullanılabilen iki tipik kare dalga A ve B ortogonal darbesi üretilir. .
Optik, manyetik ve kapasitif kodlayıcıların teknik analizi
Şekil 1: İndeks darbeleri dahil optik kodlayıcılar için tipik A ve B ortogonal darbeleri (Fotoğraf kredisi: CUI Cihazları)
Optik kodlayıcılar yaygın olarak kullanılsa da, yine de bazı dezavantajları vardır. Endüstriyel uygulamalar gibi tozlu ve kirli ortamlarda, kirletici maddeler kod plakasında birikerek LED ışığının optik sensöre iletilmesini engelleyebilir.
Optik kodlayıcının güvenilirliği ve doğruluğu büyük ölçüde etkilenir çünkü kirli kod diski, kare dalganın süreksizliğine veya tamamen kaybolmasına neden olabilir.
Ledlerin sınırlı bir hizmet ömrü vardır ve sonunda yanarak kodlayıcı arızasına yol açar. Ek olarak, cam veya plastik kod diskleri, titreşim veya aşırı sıcaklıklar nedeniyle hasar görme eğilimindedir ve bu nedenle, zorlu ortam uygulamalarında optik kodlayıcıların uygulanabilirliğini sınırlar; Bir motora monte edilmesi yalnızca zaman alıcı olmakla kalmaz, aynı zamanda daha büyük bir kirlenme riski de taşır.
Son olarak, optik kodlayıcının çözünürlüğü yüksekse, 100 mA'dan fazla akım tüketecek ve bu da mobil veya pille çalışan cihazlardaki uygulamasını daha da etkileyecektir.
2. Manyetik kodlayıcı
Manyetik kodlayıcılar yapı olarak optik kodlayıcılara benzer, ancak bir ışık huzmesi yerine bir manyetik alan kullanır. Manyetik kodlayıcılar, yarıklı optik kod disklerini, bir dizi Hall etkisi sensörleri veya relüktans sensörleri üzerinde dönen aralıklı manyetik kutuplara sahip manyetik kod diskleriyle değiştirir.
Kod plakasının herhangi bir dönüşü, bu sensörlerin yanıt vermesine neden olacak ve ortaya çıkan sinyal, milin konumunu belirlemek için sinyal koşullandırma ön uç devresine iletilecektir.
Optik kodlayıcılarla karşılaştırıldığında, manyetik kodlayıcılar daha dayanıklı, titreşime ve darbeye dayanıklı olma avantajına sahiptir. Ayrıca, optik kodlayıcıların performansı toz, kir ve yağ lekeleri gibi kirleticiler söz konusu olduğunda büyük ölçüde tehlikeye atılırken, manyetik kodlayıcılar etkilenmez, bu da onları zorlu ortam uygulamaları için ideal hale getirir.
Ancak, motorlar (özellikle kademeli motorlar) tarafından üretilen elektromanyetik parazit, manyetik kodlayıcı üzerinde büyük bir etkiye sahip olacak ve sıcaklık değişiklikleri de konumunun kaymasına neden olacaktır.
Ayrıca manyetik kodlayıcıların çözünürlüğü ve doğruluğu nispeten düşüktür ve bu açıdan optik ve kapasitif kodlayıcılardan çok daha düşüktür.
3. Kapasitif kodlayıcı
Kapasitif kodlayıcı üç ana bölümden oluşur: rotor, sabit verici ve sabit alıcı. Kapasitif algılama, bir çift alıcı/verici olarak yapılandırılmış değişken bir kapasitör oluşturmak için sabit bir öğe üzerinde bir kutup ve HAREKETLİ bir öğe üzerinde DİĞER kutbu olan bir şerit veya doğrusal model kullanır.
Rotor, motor mili dönerken belirli ama öngörülebilir bir sinyal üreten bir sinüs dalgası deseniyle oyulmuştur. Bu sinyal daha sonra eksenin konumunu ve dönüş yönünü hesaplamak için kodlayıcının yerleşik ASIC'si tarafından dönüştürülür.
Optik, manyetik ve kapasitif kodlayıcıların teknik analizi
Şekil 2: Kodlayıcı disklerin karşılaştırılması (Fotoğrafın kaynağı: CUI Cihazları)
4. Kapasitif kodlayıcı
Kapasitif kodlayıcı, dijital sürmeli kumpas ile aynı prensipte çalışır, bu nedenle optik ve manyetik kodlayıcıların birçok dezavantajının üstesinden gelen bir çözüm sunar.
CUI Devices'ın AMT kodlayıcı serisinde kullanılan kapasitans tabanlı teknolojinin son derece güvenilir ve yüksek düzeyde doğru olduğu kanıtlanmıştır.
LED veya görüş hattı gerekmediği için kapasitif kodlayıcılar, toz, kir ve yağ lekeleri gibi optik kodlayıcıları olumsuz etkileyebilecek çevresel kirletici maddelerle karşılaşıldığında bile istenen sonuçları elde edebilir.
Ayrıca, optik kodlayıcılarda kullanılan cam kod disklerine göre titreşime ve aşırı yüksek/düşük sıcaklıklara karşı daha az hassastır.
Daha önce bahsedildiği gibi, kapasitif kodlayıcılar, ledler yanmadığından optik kodlayıcılardan daha uzun hizmet ömrüne sahip olma eğilimindedir.
Sonuç olarak, kapasitif kodlayıcı daha küçük bir paket boyutuna sahiptir ve yalnızca 6 ila 18 mA'lik tüm çözünürlük aralığında daha az akım tüketerek pille çalışan uygulamalar için daha uygun hale getirir.
Kapasitif teknolojinin sağlamlığı, doğruluğu ve çözünürlüğü manyetik enkodere göre daha yüksek olduğundan, manyetik enkoderin karşılaştığı elektromanyetik girişim ve elektriksel gürültü onun üzerinde büyük bir etkiye sahip değildir.
Ek olarak, kapasitif kodlayıcıların dijital doğası, esneklik ve programlanabilirlik açısından önemli avantajlar sunar. Bir optik veya manyetik kodlayıcının çözünürlüğü kodlayıcı plakası tarafından belirlendiğinden, diğer çözünürlükler gerektiğinde yeni bir kodlayıcı kullanılır, bu da tasarım ve üretim sürecinin zaman ve maliyetinde bir artışa neden olur.
Bununla birlikte, kapasitif kodlayıcılar bir dizi programlanabilir çözünürlüğe sahiptir, bu da tasarımcıları her yeni çözünürlük gerektiğinde kodlayıcıyı değiştirme zahmetinden kurtarır, bu da yalnızca envanteri azaltmakla kalmaz, aynı zamanda PID kontrol döngüsü ince ayarını ve sistem optimizasyonunu da basitleştirir.
Kapasitif kodlayıcılar, optik kodlayıcılar için tekrarlayan ve zaman alıcı olabilen bir görev olan BLDC motoru devreye girdiğinde darbe Ayarlarının dijital olarak hizalanmasına ve indekslenmesine olanak tanır.
Yerleşik teşhis yetenekleri, tasarımcılara sistemi optimize etmek veya sahada sorun gidermek için sistem verilerine daha fazla erişim sağlar.
Optik, manyetik ve kapasitif kodlayıcıların teknik analizi
Şekil 3: Kapasitif, optik ve manyetik teknolojiler için temel performans göstergelerinin karşılaştırılması (Fotoğrafın kaynağı: CUI Devices)
5. Seçeneklerinizi değerlendirin
Birçok hareket kontrolü uygulamasında sıcaklık, titreşim ve çevresel kirleticiler, kodlayıcıların uğraşması gereken önemli zorluk faktörleridir. Kapasitif kodlayıcıların bu zorlukların üstesinden gelebileceği ortaya çıktı.
Optik veya manyetik teknolojilere kıyasla, tasarımcılara güvenilir, hassas ve esnek çözümler sunar.
Ayrıca kapasitif kodlayıcılar, onları modern Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) uygulamaları için daha uygun hale getiren bir dijital özellik olan programlanabilirlik ve teşhis ekler.