Encoder umum dalam produk kontrol gerak, dan rotary encoder adalah komponen kunci dari loop umpan balik kontrol gerak, termasuk peralatan otomasi industri dan kontrol proses, robotika, peralatan medis, energi, ruang angkasa, dll.
Sebagai perangkat yang mengubah gerakan mekanis menjadi sinyal listrik, pembuat enkode menyediakan data dasar bagi para insinyur seperti posisi, kecepatan, jarak, dan arah yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan kinerja sistem secara keseluruhan.
Optik, magnetik, dan kapasitif adalah tiga teknologi enkoder utama yang tersedia untuk para insinyur. Namun, ada sejumlah faktor yang perlu dipertimbangkan untuk menentukan teknologi mana yang terbaik untuk penerapan akhir.
Artikel ini akan memberikan gambaran umum tentang teknologi encoder optik, magnetik dan kapasitif, dan membahas secara singkat kelebihan dan kekurangan masing-masing teknologi.
1. Penyandi optik
Encoder optik telah menjadi pilihan populer di pasar aplikasi kontrol gerak selama bertahun-tahun. Ini terdiri dari sumber cahaya LED (biasanya sumber cahaya inframerah) dan fotodetektor, yang terletak di kedua sisi pelat kode encoder.
Pelat kode terbuat dari plastik atau kaca, dengan serangkaian garis atau slot transparan dan buram yang disusun dengan interval. Ketika disk kode berputar, jalur optik LED diblokir oleh garis atau slot yang diatur pada interval pada disk kode, sehingga menghasilkan dua pulsa ortogonal gelombang persegi khas A dan B, yang dapat digunakan untuk menentukan rotasi dan kecepatan sumbu. .
Analisis teknis pembuat enkode optik, magnetik, dan kapasitif
Gambar 1: Pulsa ortogonal A dan B tipikal untuk enkoder optik, termasuk pulsa indeks (Kredit foto: Perangkat CUI)
Meskipun encoder optik banyak digunakan, mereka masih memiliki beberapa kelemahan. Di lingkungan berdebu dan kotor seperti aplikasi industri, kontaminan dapat menumpuk di pelat kode, sehingga menghalangi transmisi cahaya LED ke sensor optik.
Keandalan dan keakuratan encoder optik sangat terpengaruh karena disk kode yang terkontaminasi dapat menyebabkan diskontinuitas atau hilangnya gelombang persegi.
Led memiliki masa pakai terbatas dan pada akhirnya akan mati, menyebabkan kegagalan pembuat enkode. Selain itu, disk kode kaca atau plastik rentan terhadap kerusakan akibat getaran atau suhu ekstrem, sehingga membatasi penerapan enkoder optik dalam aplikasi lingkungan yang keras; Merakitnya menjadi motor tidak hanya memakan waktu, tetapi juga memiliki risiko kontaminasi yang lebih besar.
Terakhir, jika resolusi enkoder optik tinggi, ia akan mengonsumsi arus lebih dari 100 mA, yang selanjutnya memengaruhi penerapannya di perangkat seluler atau bertenaga baterai.
2. Encoder magnetik
Encoder magnetik memiliki struktur yang mirip dengan encoder optik, tetapi menggunakan medan magnet daripada berkas cahaya. Encoder magnetik mengganti disk kode optik berlubang dengan disk kode magnetik dengan kutub magnet spasi yang berputar pada deretan sensor efek Hall atau sensor keengganan.
Setiap putaran pelat kode akan menyebabkan sensor ini merespons, dan sinyal yang dihasilkan akan ditransmisikan ke rangkaian front-end pengkondisi sinyal untuk menentukan posisi poros.
Dibandingkan dengan enkoder optik, enkoder magnetik memiliki keunggulan karena lebih tahan lama, tahan terhadap getaran dan benturan. Selain itu, kinerja enkoder optik sangat terganggu dalam kasus kontaminan seperti debu, kotoran, dan noda minyak, sedangkan enkoder magnetik tidak terpengaruh, menjadikannya ideal untuk aplikasi lingkungan yang keras.
Namun, interferensi elektromagnetik yang dihasilkan oleh motor (terutama motor stepper) akan berdampak besar pada encoder magnetik, dan perubahan suhu juga akan menyebabkan pergeseran posisinya.
Selain itu, resolusi dan keakuratan enkoder magnetik relatif rendah dan jauh lebih sedikit daripada enkoder optik dan kapasitif dalam hal ini.
3. Encoder kapasitif
Encoder kapasitif terdiri dari tiga bagian utama: rotor, pemancar tetap, dan penerima tetap. Penginderaan kapasitif menggunakan strip atau pola linier dengan satu kutub pada elemen tetap dan kutub LAINNYA pada elemen BERGERAK untuk membentuk kapasitor variabel yang dikonfigurasi sebagai sepasang penerima/pemancar.
Rotor tergores dengan pola gelombang sinus yang menghasilkan sinyal spesifik namun dapat diprediksi saat poros motor berputar. Sinyal ini kemudian diubah oleh ASIC onboard encoder untuk menghitung posisi dan arah rotasi sumbu.
Analisis teknis pembuat enkode optik, magnetik, dan kapasitif
Gambar 2: Perbandingan disk encoder (Kredit foto: Perangkat CUI)
4. Encoder kapasitif
Encoder kapasitif bekerja dengan prinsip yang sama dengan caliper vernier digital, sehingga memberikan solusi yang mengatasi banyak kelemahan dari encoder optik dan magnetik.
Teknologi berbasis kapasitansi yang digunakan dalam rangkaian pembuat enkode AMT Perangkat CUI telah terbukti sangat andal dan sangat akurat.
Karena tidak diperlukan LED atau garis pandang, pembuat enkode kapasitif dapat mencapai hasil yang diinginkan bahkan saat menghadapi kontaminan lingkungan yang dapat memengaruhi pembuat enkode optik secara negatif, seperti debu, kotoran, dan noda minyak.
Selain itu, ia kurang rentan terhadap getaran dan suhu yang sangat tinggi/rendah dibandingkan disk kode kaca yang digunakan dalam enkoder optik.
Seperti disebutkan sebelumnya, encoder kapasitif cenderung memiliki masa pakai lebih lama daripada encoder optik karena led tidak terbakar.
Akibatnya, enkoder kapasitif memiliki ukuran paket yang lebih kecil dan mengkonsumsi lebih sedikit arus pada seluruh rentang resolusi hanya 6 hingga 18 mA, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi bertenaga baterai.
Karena ketangguhan, akurasi, dan resolusi teknologi kapasitif lebih tinggi daripada encoder magnetik, interferensi elektromagnetik dan derau listrik yang dihadapi oleh yang terakhir tidak berdampak besar padanya.
Selain itu, sifat digital dari enkoder kapasitif menawarkan keunggulan utama dalam hal fleksibilitas dan kemampuan program. Karena resolusi enkoder optik atau magnetik ditentukan oleh pelat enkoder, enkoder baru digunakan setiap kali diperlukan resolusi lain, sehingga meningkatkan waktu dan biaya desain dan proses manufaktur.
Namun, pembuat enkode kapasitif memiliki rentang resolusi yang dapat diprogram, sehingga desainer tidak perlu repot mengganti pembuat enkode setiap kali diperlukan resolusi baru, yang tidak hanya mengurangi inventaris, tetapi juga menyederhanakan penyetelan loop kontrol PID dan pengoptimalan sistem.
Encoder kapasitif memungkinkan penyelarasan digital dan pengindeksan Pengaturan pulsa ketika motor BLDC mulai terlibat, tugas yang dapat berulang dan memakan waktu untuk encoder optik.
Kemampuan diagnostik bawaan memberi desainer akses lebih lanjut ke data sistem untuk mengoptimalkan sistem atau memecahkan masalah di lapangan.
Analisis teknis pembuat enkode optik, magnetik, dan kapasitif
Gambar 3: Perbandingan indikator kinerja utama untuk teknologi kapasitif, optik, dan magnetik (Kredit foto: Perangkat CUI)
5. Timbang pilihan Anda
Dalam banyak aplikasi kontrol gerak, suhu, getaran, dan kontaminan lingkungan merupakan faktor tantangan penting yang harus dihadapi pembuat enkode. Ternyata pembuat enkode kapasitif dapat mengatasi tantangan ini.
Dibandingkan dengan teknologi optik atau magnetik, ini memberi desainer solusi yang andal, tepat, dan fleksibel.
Selain itu, pembuat enkode kapasitif menambahkan kemampuan program dan diagnostik, sebuah fitur digital yang membuatnya lebih cocok untuk aplikasi Internet of Things (IoT) dan Internet Industri of Things (IIoT) modern.