Бір жолды және екі жолды магниттік кодтаушы дискілерді салыстыру

Өнеркәсіптік автоматтандыруда, роботтарды біріктіруді басқаруда және жаңа энергетикалық көлік қозғалтқыштарында магниттік кодерлер маңызды рөл атқаруда. Байланыссыз магнит өрісін зондтау арқылы олар айналмалы немесе сызықтық қозғалысты нақты электрлік сигналдарға түрлендіреді, жүйені орын, жылдамдық және бағыт туралы ақпаратпен қамтамасыз етеді. А-ның 'жүрегі' магниттік кодтаушы - бұл қарапайым көрінетін магниттік диск (магниттік сақина).

Инженерлер құрамдас бөліктерді таңдай бастағанда, олар жиі бірнеше сөзсіз сұрақтарға тап болады: бір жолды және екі жолды арасындағы нақты айырмашылық неде? Сәйкесінше резеңке магниттер және инъекциялық құйылған ферриттер қандай сценарийлерге сәйкес келеді?

1. Бір жолды дискілер: жеткілікті, бірақ 'ақылды' жеткіліксіз

Бір жолды магниттік дискіде бір ғана магниттелген жол бар және бір сенсормен жұмыс істейді. Ол импульстік сигналдарды шығару арқылы айналу бұрышын есептейді; мәні бойынша, бұл инкрементті кодтаушы — ол сізге 'қанша айналдырғанын' ғана айта алады, бірақ 'қай бағытта айналып жатқанын' немесе 'қазіргі уақытта қандай абсолютті күйде екенін' тікелей анықтай алмайды.

Осы себепті бір жолды жүйенің анықтамалық нөлдік нүктесі ол қосылған сайын қайта орнатылуы керек. Құрылғы өшіріліп, қайта іске қосылса, барлық алдыңғы орын туралы ақпарат жоғалады.

Дегенмен, бір жолды дискілердің де алмастырылмайтын құндылығы бар: қарапайым құрылым, өте төмен баға және қысқа сигналдарды өңдеу тізбегі. Олар тек жылдамдықты өлшеуді қажет ететін және бағытты немесе абсолютті позицияны қажет етпейтін қолданбалар үшін өте қолайлы, мысалы, желдеткіш жылдамдығын анықтау, бір бағытты қозғалыс жүйелері және шығынға сезімтал қарапайым моторды басқару.

2. Қос жолды дискілер: 'Екі сызғыш' арқылы абсолютті орынды өлшеу

Қос жолды дискінің негізгі идеясы бір магнитте екі магниттелген жолды біріктіру болып табылады - негізгі жол және қосалқы жол (әдетте нониус жолы деп аталады) - олардың магниттік полюс жұптарының саны бір-бірінен айырмашылығы бар, мысалы, 63 полюс жұптарымен жұпталған 64 полюстер немесе 32 жұп жұптар.

Бұл дизайнның тапқырлығы мынада: екі жолдың полюс жұптарының саны әртүрлі болғандықтан, кез келген бұрыштық позицияда екі жолдың магниттік өрістерінің комбинациясы ерекше болады. Кодер чипі екі сигнал арнасы арасындағы фазалар айырмашылығын оқиды және нониус принципі арқылы (нониус штангенциркульінің оқу логикасына ұқсас) ағымдағы абсолютті бұрыштық позицияны 360° шегінде есептей алады — тіпті қуат өшірілген қайта іске қосылғаннан кейін де, нақты позицияны «нөлге қайтару» қажетсіз қуат қалпына келтірілген кезде білуге ​​болады.

Қос тректер әкелген өнімділікті жақсартулар көп өлшемді:

• Ажыратымдылықтың секірісі : квадратуралық декодтау кезінде қос арналы сигналдар тиімді ажыратымдылықты 4 есе арттыра алады. 50 полюс жұбы бар магниттік сақина үшін бір жолды жүйе бір айналымға тек 50 санақ ала алады, ал квадратуралық декодтауы бар қос жолды жүйе 200 санауға қол жеткізе алады.

• Бағытты анықтау мүмкіндігі : Екі сигнал арнасының фазалық реттілігі қосымша логикалық қорытындыны қажет етпей, айналу бағытын тікелей көрсетеді.

• Кедергіге төзімді резервтеу : Қосарналы сигналдар бір-бірін тексере алады, бұл діріл немесе электромагниттік кедергі орталарында қате импульстарды сүзуді жеңілдетеді, жүйе тұрақтылығын айтарлықтай жақсартады.

• Кеңістіктің тиімділігі : екі бір жолды магниттік сақиналарды қатар қолданумен салыстырғанда, біріктірілген қос жолды құрылым осьтік кеңістікті пайдалануды шамамен 30%-40%-ға азайта алады, бұл робот буындары сияқты көлемге сезімтал қолданбалар үшін өте маңызды.

Әрине, қос жолды шешім екі сенсорды және сигналды өңдеудің күрделі схемасын қажет етеді, сондықтан аппараттық құралдың құны салыстырмалы түрде жоғары. Дегенмен, сервожүйелер, робот қосылыстары және щеткасыз қозғалтқыштарды дәл бақылау сияқты позициялау дәлдігінің қатаң талаптары бар сценарийлерде бұл инвестиция лайық.

3. Материалдық пікірталас: резеңке магниттер және бүркумен құйылған феррит

Бір жолды немесе қос жолды болсын, диск үшін субстрат материалын таңдау бірдей маңызды. Қазіргі уақытта кодтаушы магниттік сақиналар үшін ең жиі қолданылатын екі материал - резеңке магниттер және бүркумен құйылған феррит, олардың әрқайсысының өзіндік сипаты бар.

Резеңке магниттер: икемді 'Жан-жақты'

Резеңке магниттер ферритті магнитті ұнтақты нитрилді каучук сияқты эластомерлермен араластыру, содан кейін композициялау, каландрлеу және вулканизациялау арқылы жасалады. Олардың ең үлкен артықшылығы жатыр  икемділік пен өңдеудің қарапайымдылығында — оларды жұқа парақтарға немесе орамдарға жасауға және қисық немесе арнайы пішінді орнату талаптарына бейімдеуге болады, бұл оларды әсіресе кеңістікте шектеулі, жеңіл сценарийлер үшін қолайлы етеді.

Қазіргі заманғы резеңке магнитті кодтауыштардың магниттік өнімділігі де үздіксіз жақсаруда. Резеңке формуласын оңтайландыру арқылы феррит ұнтағын толтыру коэффициентін одан әрі арттыруға болады, ал NTN сияқты өндірушілер дәстүрлі резеңке кодерлермен салыстырғанда магниттік күштің 25% ұлғаюына қол жеткізді. Хатчинсонның Эласто-Феррит сериясындағы магниттік сақиналар 3500 Г-ге дейін, полюстің ені 2 мм-ге дейін және 0,05° шегінде бақыланатын периодқа төзімділікке қол жеткізе алады.

Дегенмен, резеңке магниттер де айқын кемшіліктерге ие:  шектеулі температураға төзімділік , әдетте 60 ° C пен 80 ° C аралығында және салыстырмалы түрде әлсіз магниттік өнімділік. Олар шағын және орта өлшемді қозғалтқыштарға, автомобильдік ABS сенсорларына және температура талаптары азырақ басқа жағдайларға қолайлы.

Инъекциялық құйылған феррит: қатты 'дәлдік фракция'

Инъекциялық құйылған феррит стронций немесе барий феррит магнитті ұнтағын нейлон (PA66) немесе PPS сияқты инженерлік пластиктермен араластырып, содан кейін оны бүрку арқылы қалыптау арқылы жасалады. Оның негізгі артықшылықтары  өлшемдік консистенцияда және қалыптау еркіндігінде жатыр — күрделі геометриялық фигураларды бір қадамда бүрку арқылы қалыптауға болады, ал өлшемдер партиядан партияға дейін өте тұрақты, бұл қос жолды дискідегі екі жолды дәл туралау үшін өте маңызды.

Инъекциялық құйылған феррит  резеңке магниттерге қарағанда айтарлықтай жақсырақ температураға төзімді . Нейлон негізіндегі инъекциялық құйылған магниттердің ыстыққа төзімділігі резеңке магниттердің 60-80 ° C-тан әлдеқайда жоғары, 120-150 ° C жетуі мүмкін. Механикалық төзімділік тұрғысынан, инъекциялық құйылған феррит бетінің қаттылығы жоғарырақ, тозуға төзімділігі және соққыға төзімділігі жоғары және ұзақ мерзімді пайдалану кезінде жарықтар мен зақымданулардың пайда болу ықтималдығы аз. Сонымен қатар, оксид материалы ретінде ферриттің өзі тамаша коррозияға төзімділікке ие және қосымша жабынды қорғауды қажет етпейді.

Екі материалдың негізгі параметрлерін салыстыру

Таңдау логикасы іс жүзінде өте түсінікті: егер қолданба  жоғары дәлдікке, жоғары беріктікке және кең температура диапазонына ұмтылса , инъекциялық құйылған феррит қолайлырақ; жоғары талаптар болса  икемділікке, жеңілдетуге және шығындарды бақылауға , резеңке магниттер прагматикалық таңдау болып табылады.

4. Біріктіру стратегиясы: трек санын материалмен сәйкестендіру

Жолдың құрылымы мен материал сипаттамаларын түсінгеннен кейін таңдау матрицалық стильдегі шешімге айналады:

• Бір жолды + резеңке магнит : қарапайым жылдамдықты өлшеу, желдеткіш жылдамдығын анықтау және ұқсас сценарийлер үшін қолайлы ең үнемді шешім.

• Бір жолды + бүркумен құйылған феррит : Шығындарды бақыланатын етіп сақтай отырып, төзімділік пен температураға бейімделуді жақсартады; автомобиль доңғалақтарының жылдамдығы сенсорлары сияқты салыстырмалы түрде қатал орталарда қосымша қолданбалар үшін қолайлы.

• Қос жолды + резеңке магнит : абсолютті орналасу мүмкіндігі мен жеңіл салмақты теңестіреді. NTN жоғары дәлдіктегі бұрыш сенсоры ±0,1° бұрыштық дәлдікке және салмақты 27% азайтуға қол жеткізе отырып, резеңке магнит материалынан жасалған қос жолды құрылымды пайдаланады.

• Қос жолды + бүркумен құйылған феррит : жоғары дәлдікті абсолютті позициялауды, кең температура тұрақтылығын және ұзақ мерзімді сенімділікті қажет ететін сервоқозғалтқыштар, робот қосылыстары және CNC станоктарының айналмалы үстелдері - ең талап етілетін өнеркәсіптік сценарийлерге бағытталған.

Айта кету керек, қос жолды дискінің дәлдігі материалға ғана емес, сонымен қатар, одан да маңыздысы,  магниттелу дәлдігіне байланысты . Екі жолдың арасындағы қашықтық өте аз және дәстүрлі пакеттік магниттеу әдістері магниттік айқаспаға бейім, бұл көрші жолдардағы магниттік полюстердің деформациясын тудырады. Саладағы жетекші тәсіл «бір полюсті деректерді жазу» магниттелуі — деректерді қатты дискіге жазу сияқты, микромагниттік бастар полюстерді полюс бойынша ретімен магниттейді, осылайша жолдар арасындағы фазаларды теңестіру дәлдігін субмикрон деңгейіне дейін жақсартады.

Қорытындылай келе, магниттік кодтаушы дискіні таңдау 'талапты сәйкестендіру' процесі болып табылады. Бір жолды дискілер 'ол қанша айналды' деген сұрақты қарапайым жолмен шешеді, ал қос жолды дискілер 'қазір қай жерде' деген неғұрлым іргелі сұраққа жауап беру үшін әртүрлі масштабтағы екі 'сызғышты' пайдаланады, ал магнитті үнемдеу және икемділігі белгілі. бүркумен құйылған феррит қаттылық пен дәлдікпен жеңеді. Жол құрылымы мен материал сипаттамалары дұрыс сәйкестендірілсе, магниттік кодерлер өнеркәсіптік автоматтандыру мен интеллектуалды жабдықта максималды өнімділікті қамтамасыз ете алады.