Krahasimi i disqeve të kodifikuesit magnetik me një udhë dhe me dy gjurmë

Në automatizimin industrial, kontrollin e përbashkët të robotëve dhe sistemet e reja motorike të automjeteve me energji, koduesit magnetikë po luajnë një rol gjithnjë e më kritik. Nëpërmjet sensorit të fushës magnetike pa kontakt, ata konvertojnë lëvizjen rrotulluese ose lineare në sinjale elektrike të sakta, duke i siguruar sistemit informacion për pozicionin, shpejtësinë dhe drejtimin. 'zemra' e një koduesi magnetik është pikërisht ai disku magnetik në dukje i thjeshtë (unaza magnetike).

Kur inxhinierët fillojnë të zgjedhin komponentë, ata shpesh përballen me disa pyetje të pashmangshme: Cili është saktësisht ndryshimi midis një binarësh dhe dyfishi? Për cilët skenarë janë përkatësisht të përshtatshëm magnetët e gomës dhe ferritet e derdhur me injeksion?

1. Disqe me një udhëzim: të mjaftueshëm, por jo mjaftueshëm 'të zgjuar'.

Një disk magnetik me një gjurmë ka vetëm një gjurmë të magnetizuar dhe punon me një sensor të vetëm. Ai llogarit këndin e rrotullimit duke nxjerrë sinjale pulsi; në thelb, ai është një kodues në rritje—ai mund t'ju tregojë vetëm 'sa është rrotulluar', por nuk mund të përcaktojë drejtpërdrejt 'në cilin drejtim po rrotullohet' ose 'në çfarë pozicioni absolut është aktualisht'.

Për këtë arsye, pika zero e referencës së një sistemi me një gjurmë duhet të rivendoset sa herë që ai ndizet. Nëse pajisja fiket dhe rindizet, të gjitha informacionet e pozicionit të mëparshëm humbasin.

Megjithatë, disqet me një gjurmë kanë gjithashtu vlerë të pazëvendësueshme: strukturë e thjeshtë, kosto jashtëzakonisht e ulët dhe një zinxhir i shkurtër përpunimi i sinjalit. Ato janë shumë të përshtatshme për aplikacione që kanë nevojë vetëm për matje të shpejtësisë dhe nuk kërkojnë drejtim ose pozicion absolut—si p.sh. zbulimi i shpejtësisë së ventilatorit, sistemet e lëvizjes me një drejtim dhe kontrolli i zakonshëm i motorit të ndjeshëm ndaj kostos.

2. Disqe me dy gjurmë: Matja e pozicionit absolut me 'Dy sundimtarë'

Ideja thelbësore e një disku me dy gjurmë është të integrojë dy gjurmë të magnetizuara në të njëjtin magnet - një pistë kryesore dhe një pistë dytësore (zakonisht e quajtur një pistë vernier) - me numrin e tyre të çifteve magnetike të poleve që ndryshojnë nga një, për shembull, 64 çifte polesh të çiftuara me 63 çifte polesh, ose 32 çifte polesh me 312 çifte.

Zgjuarsia e këtij dizajni qëndron në faktin se, për shkak se të dy binarët kanë numër të ndryshëm të çifteve të poleve, në çdo pozicion këndor kombinimi i fushave magnetike të krijuara nga dy binarët është unik. Çipi i koduesit lexon diferencën e fazës midis dy kanaleve të sinjalit dhe, nëpërmjet parimit të vernierit (i ngjashëm me logjikën e leximit të një kaliperi vernier), mund të llogarisë pozicionin aktual këndor absolut brenda 360°—madje edhe pas një rinisjeje të fikjes, pozicioni i saktë mund të njihet në momentin që energjia rikthehet, pa pasur nevojë të 'kthehet në zero'.

Përmirësimet e performancës të sjella nga gjurmët e dyfishta janë shumëdimensionale:

• Kërcim i rezolucionit : Me dekodimin kuadratik, sinjalet me dy kanale mund të rrisin rezolucionin efektiv me një faktor prej 4. Për një unazë magnetike me 50 çifte polesh, një sistem me një gjurmë mund të marrë vetëm 50 numërime për rrotullim, ndërsa një sistem me dy kanale me dekodim kuadratik mund të arrijë 200 numërime.

• Aftësia e zbulimit të drejtimit : Sekuenca fazore e dy kanaleve të sinjalit pasqyron drejtpërdrejt drejtimin e rrotullimit, pa pasur nevojë për përfundime logjike shtesë.

• Teprica rezistente ndaj ndërhyrjeve : Sinjalet me dy kanale mund të verifikojnë njëri-tjetrin, duke e bërë më të lehtë filtrimin e pulseve të gabuara në mjediset e dridhjeve ose ndërhyrjeve elektromagnetike, duke përmirësuar ndjeshëm stabilitetin e sistemit.

• Efikasiteti i hapësirës : Krahasuar me përdorimin e dy unazave magnetike me një binar krah për krah, një strukturë e integruar me dy gjurmë mund të zvogëlojë zënien e hapësirës boshtore me rreth 30%–40%, gjë që është thelbësore për aplikime të ndjeshme ndaj vëllimit, siç janë nyjet e robotëve.

Natyrisht, një zgjidhje me udhë të dyfishtë kërkon dy sensorë dhe qark më kompleks të përpunimit të sinjalit, kështu që kostoja e harduerit është relativisht më e lartë. Megjithatë, në skenarë me kërkesa strikte për saktësinë e pozicionimit, të tilla si sistemet servo, nyjet e robotëve dhe kontrolli i saktë i motorëve pa furça, ky investim është i vlefshëm.

3. Debati i materialit: Magnetët e gomës kundër ferritit të formuar me injeksion

Qoftë me një gjurmë ose me dy pista, zgjedhja e materialit të nënshtresës për diskun është po aq kritike. Aktualisht, dy materialet më të përdorura për unazat magnetike të koduesit janë magnetet e gomës dhe ferriti i formuar me injeksion, secili me një karakter të veçantë.

Magnetët e gomës: Flexible 'Gjithpërhapësi'

Magnetët e gomës bëhen nga përzierja e pluhurit magnetik të ferritit me elastomerët si goma nitrile, e ndjekur nga përbërja, kalendimi dhe formimi i vullkanizimit. Avantazhi i tyre më i madh qëndron në  fleksibilitetin dhe lehtësinë e përpunimit —ato mund të bëhen në fletë ose rrotulla të holla dhe t'u përshtaten kërkesave të instalimit të lakuar ose me formë të veçantë, duke i bërë ato veçanërisht të përshtatshme për skenarë me peshë të lehtë dhe të kufizuar nga hapësira.

Performanca magnetike e koduesve modernë të magnetit prej gome po përmirësohet gjithashtu vazhdimisht. Duke optimizuar formulimin e gomës, raporti i mbushjes së pluhurit të ferritit mund të rritet më tej dhe prodhues të tillë si NTN kanë arritur një rritje prej 25% të forcës magnetike në krahasim me koduesit tradicionalë të gomës. Unazat magnetike në serinë Elasto-Ferrite të Hutchinson mund të arrijnë një remanencë deri në 3500 G, një gjerësi shtylle deri në 2 mm dhe një tolerancë periodike të kontrolluar brenda 0,05°.

Megjithatë, magnetët e gomës kanë gjithashtu mangësi të dukshme:  rezistencë të kufizuar ndaj temperaturës , zakonisht midis 60°C dhe 80°C dhe performancë magnetike relativisht e dobët. Ato janë më të përshtatshme për motorë me përmasa të vogla dhe të mesme, sensorë ABS të automobilave dhe raste të tjera me kërkesa më pak të kërkuara për temperaturën.

Ferrit i formuar me injeksion: 'Fraksioni i saktësisë' i ngurtë

Ferriti i derdhur me injeksion bëhet duke përzier pluhur magnetik të ferritit të stronciumit ose bariumit me plastikë inxhinierike si najloni (PA66) ose PPS dhe më pas duke e formuar atë me derdhje me injeksion. Përparësitë e tij kryesore qëndrojnë në  konsistencën dimensionale dhe lirinë e formimit —format gjeometrike komplekse mund të formohen me injeksion në një hap dhe dimensionet janë shumë të qëndrueshme nga grupi në grup, gjë që është thelbësore për shtrirjen e saktë të dy gjurmëve në një disk me dy gjurmë.

Ferriti i derdhur me injeksion ka  rezistencë dukshëm më të mirë ndaj temperaturës sesa magnetët e gomës . Rezistenca ndaj nxehtësisë e magneteve të derdhur me injeksion me bazë najloni mund të arrijë 120–150°C, shumë më e lartë se 60–80°C e magneteve të gomës. Për sa i përket qëndrueshmërisë mekanike, ferriti i derdhur me injeksion ka fortësi më të lartë të sipërfaqes, rezistencë më të fortë ndaj konsumit dhe rezistencë ndaj goditjes, dhe ka më pak gjasa të zhvillojë çarje ose dëmtime gjatë përdorimit afatgjatë. Përveç kësaj, si një material oksid, vetë ferriti ka rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit dhe nuk kërkon mbrojtje shtesë të veshjes.

Krahasimi i parametrave kryesorë të dy materialeve

Logjika e përzgjedhjes është në fakt mjaft e qartë: nëse aplikacioni kërkon  saktësi të lartë, qëndrueshmëri të lartë dhe një gamë të gjerë temperaturash , ferriti i derdhur me injeksion është më i përshtatshëm; nëse ka kërkesa më të larta për  fleksibilitet, peshë të lehtë dhe kontroll të kostos , magnetet e gomës janë zgjidhja më pragmatike.

4. Strategjia e kombinimit: Përputhja e numërimit të gjurmëve me materialin

Pasi të kuptohen struktura dhe karakteristikat e materialit, përzgjedhja bëhet një vendim i stilit të matricës:

• Magnet me një gjurmë + gome : Zgjidhja më ekonomike, e përshtatshme për matje të thjeshtë të shpejtësisë, zbulimin e shpejtësisë së ventilatorit dhe skenarë të ngjashëm.

• Ferrit me një pistë + të derdhur me injeksion : Përmirëson qëndrueshmërinë dhe përshtatshmërinë e temperaturës duke i mbajtur kostot të kontrollueshme; i përshtatshëm për aplikime në rritje në mjedise relativisht të ashpra, siç janë sensorët e shpejtësisë së rrotave të automobilave.

• Magnet me dy pista + magnet gome : Balancon aftësinë e pozicionimit absolut dhe peshën e lehtë. Sensori i këndit me precizion të lartë të NTN përdor një strukturë me gjurmë të dyfishtë të bërë nga materiali magnetik gome, duke arritur një saktësi këndore prej ±0,1° dhe një reduktim të peshës 27%.

• Ferrit me dy pista + me injeksion : Synohet për skenarët industrialë më të kërkuar - servo motorët, nyjet e robotëve dhe tavolina rrotulluese të veglave CNC - që kërkojnë pozicionim absolut me saktësi të lartë, stabilitet në temperaturë të gjerë dhe besueshmëri afatgjatë.

Vlen të përmendet se saktësia e një disku me dy gjurmë varet jo vetëm nga materiali, por edhe, më e rëndësishmja, nga  saktësia e magnetizimit . Hapësira midis dy gjurmëve është jashtëzakonisht e vogël dhe metodat tradicionale të magnetizimit të grupeve janë të prirura ndaj ndërlidhjeve magnetike, duke shkaktuar deformim të poleve magnetike në gjurmët ngjitur. Qasja kryesore e industrisë është magnetizimi i 'shkrimit të të dhënave me një pol'—si shkrimi i të dhënave në një hard disk, kokat mikro magnetike magnetizojnë pol pas pol në sekuencë, duke përmirësuar kështu saktësinë e shtrirjes së fazës midis gjurmëve në nivelin nën mikron.

Në analizën përfundimtare, zgjedhja e një disku kodues magnetik është një proces i 'përputhjes së kërkesave'. Disqet me një pjesë zgjidhin pyetjen 'sa është rrotulluar' në mënyrën më të thjeshtë, ndërsa disqet me dy gjurmë përdorin dy 'vizore' me shkallë të ndryshme për t'iu përgjigjur pyetjes më themelore 'ku është i njohur për fleksibilitetin Ruberx dhe ekonomia'. Ferriti i derdhur me injeksion fiton me ngurtësi dhe saktësi. Kur struktura e gjurmës dhe karakteristikat e materialit përputhen siç duhet, koduesit magnetikë mund të ofrojnë performancë maksimale në automatizimin industrial dhe pajisjet inteligjente.