V avtomatiziranih krmilnih sistemih magnetni kodirniki delujejo kot 'senzorični živci' opreme in natančno zajamejo vsako podrobnost gibanja. Izbira pravega tipa je ključna za zagotavljanje učinkovitega delovanja sistema.
V sodobni industrijski avtomatizaciji, robotiki in inteligentni opremi so magnetni dajalniki postali osrednje komponente za zaznavanje položaja zaradi svojih edinstvenih prednosti. V primerjavi s tradicionalnimi optičnimi dajalniki ponujajo magnetni dajalniki večjo okoljsko prilagodljivost, večjo zanesljivost in manjši odtis.
Zaradi različnih aplikacijskih zahtev so magnetni dajalniki razvili različne tehnične poti in metode razvrščanja, pri čemer ima vsak tip svoje edinstvene značilnosti delovanja in ustrezne scenarije uporabe.
01 Magnetni kodirniki: princip delovanja in tehnične prednosti
Magnetni kodirniki so senzorji položaja, ki temeljijo na principu magnetne indukcije in merijo rotacijski ali linearni premik z zaznavanjem periodičnih sprememb v magnetnem polju.
Osnovne komponente vključujejo tri dele: magnetno lestvico/obroč, magnetni senzor in vezje za obdelavo signala.
Magnetna lestvica ali obroč ima enakomerno razporejene S/S magnetne pole, ki tvorijo periodično porazdelitev magnetnega polja. Ko pride do relativnega gibanja med magnetno lestvico in senzorjem, magnetni zaznavni element zazna spremembo magnetnega polja in odda ustrezen električni signal, ki ga nato vezje obdela za pridobitev informacij o položaju.
V primerjavi z optičnimi dajalniki ponujajo magnetni dajalniki več prednosti : močnejša odpornost na kontaminacijo in vibracije; prilagoditev na širše temperaturno območje; enostavna struktura in nizki stroški; zmožnost stabilnega dela v težkih industrijskih okoljih.
Te značilnosti so privedle do široke uporabe magnetnih kodirnikov na področjih, kot so industrijska avtomatizacija, avtomobilska elektronika in vesoljska industrija.
02 Razvrstitev glede na vrsto izhodnega signala: inkrementalni, absolutni in hibridni
Inkrementalni magnetni kodirniki
Inkrementalni dajalniki oddajajo dvofazna impulzna signala A in B s fazno razliko 90° ; nekateri vključujejo tudi indeksni signal faze Z (enega na obrat).
S štetjem števila impulzov in presojo zaporedja faz A in B je mogoče določiti relativni premik in smer gibanja.
Prednosti : Enostavna struktura, nizki stroški, visoka odzivna frekvenca.
Slabosti : informacije o položaju se izgubijo po izpadu električne energije, kar zahteva ponovno nastavitev.
Aplikacije : Primerno za neprekinjeno vrtenje, nadzor hitrosti in priložnosti z jasnimi referenčnimi točkami.
Absolutni magnetni kodirniki
Vsak položaj absolutnega kodirnika ustreza edinstveni digitalni kodi . Ohranja informacije o položaju po izpadu napajanja in takoj po vklopu pridobi trenutno vrednost položaja.
Absolutno z enim obratom : v območju 360° ima vsak položaj edinstveno kodo; koda se ciklično spremeni, ko preseže 360°.
Multi-Turn Absolute : doda štetje vrtljajev na podlagi enega obrata, s čimer se razširi merilno območje.
Prednosti : Pomnilnik brez napajanja, ni potrebe po navajanju, zanesljivi podatki.
Slabosti : Kompleksna struktura, višji stroški.
Aplikacije : Področja, ki zahtevajo visoko zanesljivost, kot so spoji robotov, CNC obdelovalni stroji in letalstvo.
Hibridni magnetni kodirniki
Hibridni kodirniki združujejo značilnosti inkrementalnih in absolutnih tipov , ki so zmožni oddati informacije o absolutnem položaju in inkrementalne signale visoke ločljivosti.
Ta zasnova uravnoteži sistemsko zanesljivost in natančnost ter postaja vse bolj priljubljena v vrhunskih servo sistemih in natančni merilni opremi.
03 Razvrstitev po principu magnetne detekcije: Hallov učinek, magnetorezisten
Kodirniki s Hallovim učinkom
Na podlagi Hallovega učinka, ko je prevodnik, po katerem teče tok, postavljen v magnetno polje, nastane potencialna razlika v smeri, ki je pravokotna na tok in magnetno polje.
Značilnosti : nizki stroški, dobre temperaturne lastnosti, dolga življenjska doba.
Pomanjkljivosti : Relativno nizka ločljivost.
Aplikacije : stroškovno občutljive aplikacije, kot so avtomobilski motorji in gospodinjski aparati.
Anizotropni magnetorezistivni (AMR) kodirniki
Uporabite značilnost, da se upornost feromagnetnih materialov spreminja v zunanjem magnetnem polju. Občutljivost je za več velikosti višja od Hallovih elementov.
Značilnosti : visoka ločljivost, širok frekvenčni odziv, stabilne temperaturne značilnosti.
Pomanjkljivosti : Zahteva magnetno zaščito, višji stroški.
Uporaba : Visoko natančni servo motorji, precizni instrumenti.
Giant Magnetoresistive (GMR) in tunelski magnetoresistive (TMR) dajalniki
GMR in TMR sta tehnologiji magnetnega zaznavanja nove generacije z občutljivostjo, ki je za red velikosti višja od AMR.
Značilnosti : Ultra visoka občutljivost, visoko razmerje med signalom in šumom, nizka poraba energije.
Pomanjkljivosti : zapleten proces, visoki stroški.
Aplikacije : polja z izjemno natančnostjo, kot so vrhunski industrijski roboti in medicinska oprema.
04 Razvrstitev glede na vrsto strukture: polna gred, slepa votla, skozi votlo
Magnetni kodirniki s polno gredjo
Senzor je fiksno povezan z vrtljivo gredjo, odlikuje ga kompaktna struktura, nizek navor in nizki stroški.
Primerno za majhne motorje in mikrorobote s prostorskimi omejitvami, vendar namestitev zahteva sklopko in zahteva visoko natančnost poravnave.
Slepi votli (polvotli) magnetni kodirniki
Dajalnik ima na eni strani slepo luknjo in je neposredno nameščen na gred motorja, kar omogoča enostavno namestitev in dobro zanesljivost.
To je danes najpogosteje uporabljena struktura, ki uravnoteži zmogljivost in stroške ter se pogosto uporablja v servo motorjih in industrijskih robotih.
Skozi votle (votle gredi) magnetne dajalnike
Imeti osrednjo skoznjo luknjo, ki prodira skozi celoten kodirnik , kar omogoča prehod kablov ali gredi, kar ustreza posebnim potrebam po namestitvi.
Primerno za kompleksne mehanske strukture, kot so kolaborativni robotski spoji in precizni gramofoni.
05 Razvrstitev po stopnji natančnosti: komercialni, industrijski, instrumenti
Komercialni magnetni kodirniki
Ločljivost : Običajno pod 12 bitov (4096 PPR)
Natančnost : ±1° ali več
Delovna temperatura : 0°C do +70°C
Aplikacije : Gospodinjski aparati, zabavna elektronika, general motors
Magnetni kodirniki industrijskega razreda
Ločljivost : 12-16 bitov (4096-65536 PPR)
Natančnost : ±0,1° do ±0,5°
Delovna temperatura : -40°C do +85°C
Stopnja zaščite : Običajno IP54 ali več.
Aplikacije : Industrijska avtomatizacija, servo motorji, električna orodja
Magnetni kodirniki za instrumente
Ločljivost : 16-24 bitov (65536-16777216 PPR)
Natančnost : ±0,01° do ±0,05°
Delovna temperatura : -40°C do +110°C
Posebne lastnosti : Odpornost na udarce, odpornost proti tresljajem, EMC zaščita.
Aplikacije : Aerospace, natančne meritve, vrhunske znanstvene raziskave
06 Vodnik za izbiro magnetnega kodirnika
Določite zahteve za aplikacijo
Vrsta gibanja : rotacijsko ali linearno gibanje? Kontinuirano ali recipročno?
Zahteve za nadzor : nadzor položaja, nadzor hitrosti ali oboje?
Okoljski pogoji : temperatura, vlaga, vibracije, elektromagnetne motnje?
Določite ključne parametre
Ločljivost : izberite glede na zahteve glede natančnosti nadzora, ni nujno, da je višja boljša.
Natančnost : Upoštevajte celoten proračun sistemskih napak.
Frekvenca odziva : Izpolnjevati mora zahtevo za največjo delovno hitrost.
Izhodni vmesnik : vzporedni, serijski, fieldbus.
Upoštevajte pogoje namestitve
Prostorske omejitve : Določite dovoljene dimenzije in način namestitve.
Priključek gredi : upoštevajte zahteve za poravnavo in priročnost namestitve.
Stopnja zaščite : Izberite ustrezno zaščito glede na onesnaževalce okolja.
Ocenite ekonomske dejavnike
Razpon proračuna : Poiščite ravnovesje med potrebami po uspešnosti in stroški.
Stroški življenjskega cikla : upoštevajte dolgoročne stroške vzdrževanja in zamenjave.
Čas dobave : Zagotovite stabilnost dobavne verige.
07 Posebne vrste magnetnih kodirnikov
Linearni magnetni kodirniki
Uporablja se za merjenje linearnega premika , sestavljen iz magnetne lestvice in bralne glave.
Prednosti : Veliko merilno območje, prilagodljiva namestitev, močna odpornost proti kontaminaciji.
Uporaba : CNC strojna orodja, koordinatni merilni stroji, linearni motorji.
Večobratni absolutni magnetni kodirniki
Uporabite tehnologijo zbiranja energije Wiegand ali mehanizme zobniškega prenosa, da dosežete mehansko večobratno štetje.
Značilnosti : lahko ohrani informacije o položaju z več obrati po izgubi električne energije, ne da bi potreboval baterijo.
Uporaba : sistemi vetrnih turbin, pristaniški stroji, inženirski stroji.
Dvotirni magnetni kodirniki
Imeti dve neodvisni enoti za magnetno zaznavanje , ki lahko oddata dva signala hkrati.
Prednosti : redundantna zasnova izboljša zanesljivost; dvojni signali olajšajo kompenzacijo napak.
Aplikacije : sistemi, ki so pomembni za varnost, posebne priložnosti, ki zahtevajo visoko zanesljivost.
Z napredkom na področju magnetnih materialov, integriranih vezij in tehnologij za obdelavo signalov se magnetni dajalniki razvijajo v smeri višje natančnosti, manjše velikosti in večje inteligence..
Inovativne tehnologije, kot so novi magnetni zaznavni elementi TMR, inteligentne samodiagnostične funkcije in integrirane zasnove krmiljenja pogona, nenehno širijo meje uporabe magnetnih dajalnikov.
V kontekstu prihodnje industrije 4.0 in pametne proizvodnje bo pomen magnetnih kodirnikov kot 'čutnih živcev' opreme postajal vse bolj pomemben, kar bo zagotavljalo natančnejše in zanesljivejše zmogljivosti zaznavanja položaja za inteligentno opremo.
