Kapacitné, magnetické a optické enkódery - základné porovnanie technológií

Kapacitné, magnetické a optické enkódery - základné porovnanie technológií
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  147 zobrazení
2
 0
Rádioamatérov almanach

Pri presnom riadení pohybu je enkóder základným komponentom, ktorý prevádza mechanický pohyb na elektrické signály. Enkódery, ktoré sa používajú v mnohých aplikáciách, ako sú automatizačná technika, riadenie priemyselných procesov alebo robotika, poskytujú údaje o polohe, rýchlosti, vzdialenosti a smere. Na trhu sú na výber tri hlavné technológie enkóderov: magnetické, optické a kapacitné. V tomto článku si opíšeme základné princípy fungovania jednotlivých technológií a zdôrazníme niektoré prirodzené výhody kapacitnej technológie enkóderov.

Charakteristiky primárnych technológií

Magnetické enkodéry

Magnetický enkodér pozostáva z rotujúceho zmagnetizovaného disku so striedajúcimi sa pólmi a snímača s hallovým efektom alebo magnetorezistívneho snímača a funguje na základe detekcie zmien v poliach magnetického toku. Magnetický enkóder je robustný a veľmi dobre znáša nárazy a vibrácie, pričom ho neovplyvňuje vniknutie oleja, nečistôt a vlhkosti. Ich nevýhodou je, že sú náchylné na magnetické rušenie spôsobené elektromotormi a majú obmedzený rozsah použiteľných prevádzkových teplôt. Hoci sa magnetické enkódery v mnohom zlepšili, zvyčajne majú nižšie rozlíšenie a presnosť ako ich optické a kapacitné alternatívy.

Optické enkódery

V porovnaní s magnetickým enkóderom môže optický enkóder ponúknuť vyššie rozlíšenie a vyššiu presnosť. Optický enkóder pozostáva zo zdroja svetla LED (zvyčajne infračerveného) a fotodetektorov umiestnených na protiľahlých stranách disku snímača vyrobeného zo skla alebo plastu. Disk kodéra obsahuje sériu striedajúcich sa priehľadných a nepriehľadných čiar alebo štrbín. Keď sa disk otáča, zapínanie/vypínanie prechodu svetla cez okienka poskytuje typické štvorcové vlny A a B kvadratúrnych impulzov. Hoci optické enkódery dominujú na trhu riadenia pohybu už desaťročia, tieto zariadenia majú aj svoje prirodzené nevýhody. Keďže optický enkóder sa spolieha na "priamu viditeľnosť", je obzvlášť náchylný na prach, nečistoty a olej. Optické disky sú zvyčajne vyrobené zo skla alebo plastu, takže sú náchylné na poškodenie vibráciami a extrémnymi teplotami, ako aj na znečistenie počas procesu montáže na motor. Pri prevádzke optický enkóder spotrebúva aj prúd do 100 mA a jeho životnosť je v konečnom dôsledku obmedzená LED diódou.

Kapacitné enkódery

Kapacitný enkóder sa skladá z troch hlavných komponentov: rotora, stacionárneho vysielača a stacionárneho prijímača. Rotor obsahuje sínusový vzor a pri jeho otáčaní sa vysokofrekvenčný referenčný signál vysielača moduluje predvídateľným spôsobom. Snímač zisťuje zmeny kapacitnej reaktancie na doske prijímača a pomocou demodulačného algoritmu ich prevádza na prírastky rotačného pohybu.

Porovnanie kapacitných, optických a magnetických kódovacích diskov

Výhody kapacitných enkóderov

Kapacitné enkódery, odvodené z rovnakých princípov, aké sa používajú v digitálnych meradlách, majú vynikajúce výsledky. Kapacitný enkóder je odolnejší ako optický enkóder a znáša celý rad nečistôt z prostredia, ako je prach, špina a olej. Kapacitné enkódery tiež oveľa lepšie odolávajú vibráciám a extrémnym teplotám. Okrem toho, keďže nemá LED diódu, má dlhšiu životnosť, menšie rozmery a nižšiu spotrebu prúdu (6 až 18 mA) ako optický emkóder. Je odolný voči magnetickému rušeniu a elektrickému šumu, je rovnako robustný ako magnetický enkóder, ale poskytuje väčšiu presnosť a vyššie rozlíšenie.

Vzhľadom na svoju digitálnu povahu kapacitné enkódery ponúkajú aj vyššiu flexibilitu, ktorá používateľom umožňuje meniť rozlíšenie enkódera. Pri iných technológiách je rozlíšenie určené diskom snímača. To znamená, že optický alebo magnetický enkóder sa musí vymeniť vždy, keď je potrebné iné rozlíšenie. Programovateľné rozlíšenia, ktoré sú k dispozícii v kapacitných enkóderoch, sú užitočné nielen na optimalizáciu systému, najmä pri návrhu regulačnej slučky PID, ale môžu znížiť skladové zásoby, pretože jeden model sa môže používať vo viacerých aplikáciách. Kapacitná technológia tiež umožňuje digitálne nastaviť indexový impulz a zarovnanie enkódera pre komutáciu BLDC, zatiaľ čo jeho zabudované diagnostické funkcie poskytujú konštruktérom prístup k cenným údajom o systéme na rýchle riešenie problémov v teréne.

  Kapacitný enkóder Optický enkóder Magnetický enkóder
Odolnosť voči nečistotám, prachu a oleju Vysoká Nízka Vysoká
Presnosť Vysoká Vysoká Nízka
Rozsah prevádzkových teplôt Široký Stredný Úzky
Spotreba prúdu Nízka Vysoká Stredná
Programovateľnosť Áno Nie Nie
Veľkosť prevedenia Malá Stredná Stredná
Imunita voči EMC Vysoká Vysoká Vysoká
Imunita voči magnetickým poliam Vysoká Vysoká Nízka
Rosah rozlišovacej schopnosti Široký Široký Úzky

 

Riešenie kompromisov

Bez ohľadu na požiadavky systému poskytuje kapacitný snímač univerzálnu, nákladovo efektívnu a spoľahlivú alternatívu k optickým alebo magnetickým technológiám snímania. Kapacitné kódovanie nielenže poskytuje vynikajúci výkon z hľadiska presnosti a spoľahlivosti prakticky v akýchkoľvek podmienkach prostredia, ale jeho inherentná digitálna prevádzka poskytuje aj programovateľnosť a rozšírené diagnostické možnosti, pričom zostáva kompatibilné s tradičnými funkciami kódovača.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button