V automatizovaných řídicích systémech fungují magnetické kodéry jako 'smyslové nervy' zařízení a přesně zachycují každý detail pohybu. Výběr správného typu je zásadní pro zajištění efektivního provozu systému.
V moderní průmyslové automatizaci, robotice a inteligentních zařízeních se magnetické enkodéry staly základními součástmi pro detekci polohy díky svým jedinečným výhodám. Ve srovnání s tradičními optickými kodéry nabízejí magnetické kodéry větší přizpůsobivost prostředí, vyšší spolehlivost a menší půdorys.
Vzhledem k různým aplikačním požadavkům vyvinuly magnetické kodéry různé technické cesty a metody klasifikace, přičemž každý typ má své vlastní jedinečné výkonnostní charakteristiky a vhodné scénáře použití.
01 Magnetické snímače: Princip činnosti a technické výhody
Magnetické snímače jsou snímače polohy založené na principu magnetické indukce , měřící rotační nebo lineární posuv detekcí periodických změn magnetického pole.
Mezi základní komponenty patří tři části: magnetická stupnice/prsten, magnetický senzor a obvod pro zpracování signálu.
Magnetická stupnice nebo prstenec má rovnoměrně uspořádané N/S magnetické póly, které tvoří periodické rozložení magnetického pole. Když dojde k relativnímu pohybu mezi magnetickým měřítkem a snímačem, magnetický snímací prvek detekuje změnu magnetického pole a vydává odpovídající elektrický signál, který je pak zpracován obvodem pro získání informací o poloze.
Ve srovnání s optickými kodéry nabízejí magnetické kodéry řadu výhod : silnější odolnost proti znečištění a vibracím; adaptace na širší teplotní rozsah; jednoduchá struktura a nižší náklady; schopnost pracovat stabilně v náročných průmyslových prostředích.
Tyto vlastnosti vedly k širokému použití magnetických kodérů v oblastech, jako je průmyslová automatizace, automobilová elektronika a letecký průmysl.
02 Klasifikace podle typu výstupu signálu: Inkrementální, Absolutní a Hybridní
Inkrementální magnetické kodéry
Inkrementální kodéry vydávají dvoufázové pulzní signály A a B s fázovým rozdílem 90° ; některé také obsahují indexový signál fáze Z (jeden na otáčku).
Počítáním počtu pulzů a posouzením sledu fází A a B lze určit relativní posunutí a směr pohybu.
Výhody : Jednoduchá struktura, nízká cena, vysoká frekvence odezvy.
Nevýhody : Informace o poloze se po ztrátě napájení ztratí, což vyžaduje opětovné najetí.
Použití : Vhodné pro plynulé otáčení, řízení rychlosti a příležitosti s jasnými referenčními body.
Absolutní magnetické kodéry
Každá pozice absolutního kodéru odpovídá jedinečnému digitálnímu kódu . Po výpadku napájení uchovává informace o poloze a po zapnutí okamžitě získá aktuální hodnotu polohy.
Jednootáčkový absolutní : V rozsahu 360° má každá pozice jedinečný kód; kód se zacyklí po překročení 360°.
Multi-Turn Absolute : Přidává počítání otáček na základě jedné otáčky, čímž se rozšiřuje rozsah měření.
Výhody : Paměť po vypnutí, není potřeba navádění, spolehlivá data.
Nevýhody : Složitá konstrukce, vyšší cena.
Aplikace : Oblasti vyžadující vysokou spolehlivost, jako jsou klouby robotů, CNC obráběcí stroje a letecký průmysl.
Hybridní magnetické kodéry
Hybridní kodéry kombinují vlastnosti inkrementálních a absolutních typů , které jsou schopné vydávat jak informace o absolutní poloze, tak inkrementální signály s vysokým rozlišením.
Tato konstrukce vyvažuje spolehlivost a přesnost systému a stává se stále populárnější u špičkových servosystémů a přesných měřicích zařízení.
03 Klasifikace podle principu magnetické detekce: Hallův jev, magnetorezistivní
Kodéry s Hallovým efektem
Na základě Hallova jevu, když je vodič s proudem umístěn v magnetickém poli, je generován potenciálový rozdíl ve směru kolmém k proudu i magnetickému poli.
Vlastnosti : Nízká cena, dobré teplotní charakteristiky, dlouhá životnost.
Nedostatky : Relativně nízké rozlišení.
Aplikace : Aplikace citlivé na náklady, jako jsou automobilové motory a domácí spotřebiče.
Anizotropní magnetorezistivní (AMR) kodéry
Využijte vlastnosti, že měrný odpor feromagnetických materiálů se mění ve vnějším magnetickém poli. Citlivost je o několik řádů vyšší než u Hallových prvků.
Vlastnosti : Vysoké rozlišení, široká frekvenční odezva, stabilní teplotní charakteristiky.
Nedostatky : Vyžaduje magnetické stínění, vyšší cena.
Použití : Vysoce přesné servomotory, přesné přístroje.
Obří magnetorezistivní (GMR) a tunelové magnetorezistivní (TMR) kodéry
GMR a TMR jsou technologie magnetické detekce nové generace s citlivostí o řád vyšší než AMR.
Vlastnosti : Ultra vysoká citlivost, vysoký odstup signálu od šumu, nízká spotřeba energie.
Nedostatky : Složitý proces, vysoké náklady.
Použití : Oblasti s extrémně vysokou přesností, jako jsou špičkové průmyslové roboty a lékařská zařízení.
04 Klasifikace podle typu konstrukce: Plná hřídel, Slepá dutina, Průchozí dutina
Magnetické kodéry s pevným hřídelem
Snímač je pevně připojen k otočné hřídeli, vyznačuje se kompaktní konstrukcí, nízkým kroutícím momentem a nízkou cenou.
Vhodné pro malé motory a mikroroboty s omezeným prostorem, ale instalace vyžaduje spojku a vyžaduje vysokou přesnost vyrovnání.
Slepé duté (poloduté) magnetické kodéry
Kodér má na jedné straně slepý otvor a je namontován přímo na hřídel motoru, což nabízí snadnou instalaci a dobrou spolehlivost.
Toto je dnes nejčastěji používaná struktura, která vyvažuje výkon a náklady a je široce používána v servomotorech a průmyslových robotech.
Průchozí duté (duté hřídele) magnetické kodéry
Mají centrální průchozí otvor procházející celým kodérem , který umožňuje průchod kabeláže nebo hřídele, splňující speciální instalační potřeby.
Vhodné pro složité mechanické konstrukce, jako jsou kolaborativní robotické klouby a přesné otočné stoly.
05 Klasifikace podle stupně přesnosti: obchodní, průmyslová, přístrojová
Komerční magnetické kodéry
Rozlišení : Obvykle pod 12 bitů (4096 PPR)
Přesnost : ±1° nebo více
Provozní teplota : 0°C až +70°C
Aplikace : Domácí spotřebiče, spotřební elektronika, obecné motory
Průmyslové magnetické kodéry
Rozlišení : 12-16 bitů (4096-65536 PPR)
Přesnost : ±0,1° až ±0,5°
Provozní teplota : -40°C až +85°C
Krytí : Obvykle IP54 nebo vyšší
Použití : Průmyslová automatizace, servomotory, elektrické nářadí
Přístrojové magnetické kodéry
Rozlišení : 16-24 bitů (65536-16777216 PPR)
Přesnost : ±0,01° až ±0,05°
Provozní teplota : -40°C až +110°C
Speciální vlastnosti : Odolnost proti otřesům, odolnost proti vibracím, EMC ochrana
Aplikace : Letectví, vědecký výzkum, přesné měření
06 Průvodce výběrem magnetického kodéru
Definujte požadavky aplikace
Typ pohybu : Rotační nebo lineární pohyb? Kontinuální nebo reciproční?
Požadavky na ovládání : Řízení polohy, řízení rychlosti nebo obojí?
Podmínky prostředí : Teplota, vlhkost, vibrace, elektromagnetické rušení?
Určete klíčové parametry
Rozlišení : Vyberte na základě požadavků na přesnost ovládání, ne nutně vyšší je lepší.
Přesnost : Zvažte celkový rozpočet na systémové chyby.
Frekvence odezvy : Musí splňovat požadavek na maximální provozní rychlost.
Výstupní rozhraní : Paralelní, sériové, fieldbus.
Zvažte podmínky instalace
Prostorová omezení : Určete povolené rozměry a způsob instalace.
Připojení hřídele : Zvažte požadavky na vyrovnání a pohodlí při instalaci.
Hodnocení ochrany : Vyberte vhodnou ochranu na základě kontaminantů životního prostředí.
Vyhodnoťte ekonomické faktory
Rozsah rozpočtu : Najděte rovnováhu mezi potřebami výkonu a náklady.
Náklady životního cyklu : Zvažte dlouhodobé náklady na údržbu a výměnu.
Dodací lhůta dodávek : Zajistěte stabilitu dodavatelského řetězce.
07 Speciální typy magnetických snímačů
Lineární magnetické kodéry
Používá se pro lineární měření posuvu , skládající se z magnetické stupnice a čtecí hlavy.
Výhody : Velký rozsah měření, flexibilní instalace, vysoká odolnost proti znečištění.
Použití : CNC obráběcí stroje, souřadnicové měřicí stroje, lineární motory.
Víceotáčkové absolutní magnetické kodéry
použijte technologii Wiegand energy harvesting nebo mechanismy ozubených převodů. K dosažení mechanického počítání více otáček
Charakteristiky : Může udržovat víceotáčkovou informaci o poloze po ztrátě napájení bez potřeby baterie.
Aplikace : Systémy sklonu větrných turbín, přístavní stroje, strojírenské stroje.
Dvoustopé magnetické kodéry
Mají dvě nezávislé magnetické detekční jednotky , které mohou vydávat dva signály současně.
Výhody : Redundantní design zvyšuje spolehlivost; duální signály usnadňují kompenzaci chyb.
Použití : Systémy kritické z hlediska bezpečnosti, zvláštní příležitosti vyžadující vysokou spolehlivost.
S pokrokem v magnetických materiálech, integrovaných obvodech a technologiích zpracování signálu se magnetické kodéry vyvíjejí směrem k vyšší přesnosti, menší velikosti a větší inteligenci..
Inovativní technologie, jako jsou nové magnetické snímací prvky TMR, inteligentní autodiagnostické funkce a návrhy integrovaného řízení pohonu, neustále rozšiřují aplikační hranice magnetických enkodérů.
V souvislosti s budoucím Průmyslem 4.0 a chytrou výrobou bude význam magnetických kodérů jako zařízení 'smyslových nervů' stále významnější a poskytují přesnější a spolehlivější schopnosti vnímání polohy pro inteligentní zařízení.
