คู่มือปฏิบัติสำหรับตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก

ในระบบควบคุมอัตโนมัติ ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กทำหน้าที่เหมือน 'ประสาทสัมผัส' ของอุปกรณ์ โดยจับทุกรายละเอียดของการเคลื่อนไหวได้อย่างแม่นยำ การเลือกประเภทที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานของระบบมีประสิทธิภาพ

ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ และอุปกรณ์อัจฉริยะสมัยใหม่ ตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็กกลายเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับการตรวจจับตำแหน่งเนื่องจากมีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเข้ารหัสแบบออปติคอล ตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็กมีความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมได้ดีกว่า มีความน่าเชื่อถือสูงกว่า และใช้พื้นที่น้อยกว่า

เมื่อต้องเผชิญกับข้อกำหนดการใช้งานที่หลากหลาย ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กจึงได้พัฒนาเส้นทางทางเทคนิคและวิธีการจำแนกประเภทที่แตกต่างกัน โดยแต่ละประเภทจะมีลักษณะการทำงานเฉพาะตัวและสถานการณ์การใช้งานที่เหมาะสม

01 ตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก: หลักการทำงานและข้อดีทางเทคนิค

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ตามหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งวัดการกระจัดแบบหมุนหรือเชิงเส้นโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในสนามแม่เหล็ก

ส่วนประกอบพื้นฐานประกอบด้วยสามส่วน: สเกล/วงแหวนแม่เหล็ก เซ็นเซอร์แม่เหล็ก และวงจรประมวลผลสัญญาณ.

สเกลหรือวงแหวนแม่เหล็กได้จัดเรียงขั้วแม่เหล็ก N/S เท่าๆ กัน ทำให้เกิดการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กเป็นระยะ เมื่อการเคลื่อนที่สัมพัทธ์เกิดขึ้นระหว่างสเกลแม่เหล็กและเซนเซอร์ องค์ประกอบการตรวจจับแม่เหล็กจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและส่งสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ซึ่งจากนั้นจะถูกประมวลผลโดยวงจรเพื่อรับข้อมูลตำแหน่ง

เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเข้ารหัสแบบออปติคอล ตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็กมี ข้อดีหลายประการ ได้แก่ ทนทานต่อการปนเปื้อนและการสั่นสะเทือนได้ดีกว่า การปรับตัวให้เข้ากับช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น โครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนที่ต่ำกว่า ความสามารถในการทำงานอย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง

ลักษณะเหล่านี้ได้นำไปสู่การประยุกต์ใช้ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กอย่างกว้างขวางในสาขาต่างๆ เช่น ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ และอวกาศ

02 การจำแนกประเภทตามประเภทสัญญาณเอาท์พุต: ส่วนเพิ่ม สัมบูรณ์ และไฮบริด

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กส่วนเพิ่ม

ตัวเข้ารหัสส่วนเพิ่มเอาต์พุต สัญญาณพัลส์สองเฟส A และ B ที่มีความต่างเฟส 90° ; บางส่วนยังรวมถึงสัญญาณดัชนีเฟส Z (หนึ่งสัญญาณต่อการปฏิวัติ)

ด้วยการนับจำนวนพัลส์และตัดสินลำดับของเฟส A และ B ทำให้สามารถกำหนดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์และทิศทางการเคลื่อนที่ได้

ข้อดี : โครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ความถี่ตอบสนองสูง
ข้อเสีย : ข้อมูลตำแหน่งจะสูญหายไปหลังจากไฟฟ้าดับ ทำให้ต้องกลับบ้านใหม่
การใช้งาน : เหมาะสำหรับการหมุนอย่างต่อเนื่อง การควบคุมความเร็ว และโอกาสที่มีจุดอ้างอิงที่ชัดเจน

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กสัมบูรณ์

แต่ละตำแหน่งของตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์จะสอดคล้องกับ รหัสดิจิทัลที่ไม่ซ้ำ กัน จะเก็บข้อมูลตำแหน่งไว้หลังจากไฟฟ้าดับ และรับค่าตำแหน่งปัจจุบันทันทีเมื่อเปิดเครื่อง

Single-Turn Absolute : ภายในช่วง 360° แต่ละตำแหน่งจะมีรหัสเฉพาะ วงจรรหัสหลังจากเกิน 360°
Multi-Turn Absolute : เพิ่มการนับรอบตามการหมุนรอบเดียว เพื่อขยายช่วงการวัด

ข้อดี : หน่วยความจำปิดเครื่อง ไม่จำเป็นต้องกลับบ้าน ข้อมูลที่เชื่อถือได้
ข้อเสีย : โครงสร้างซับซ้อน ต้นทุนสูงกว่า
การใช้งาน : สาขาที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เช่น ข้อต่อหุ่นยนต์ เครื่องมือกล CNC และการบินและอวกาศ

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กแบบไฮบริด

ตัวเข้ารหัสแบบไฮบริด รวมคุณสมบัติของประเภทส่วนเพิ่มและประเภทสัมบูรณ์ ซึ่งสามารถส่งออกทั้งข้อมูลตำแหน่งสัมบูรณ์และสัญญาณส่วนเพิ่มที่มีความละเอียดสูง

การออกแบบนี้สร้างความสมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของระบบ และกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในระบบเซอร์โวระดับไฮเอนด์และอุปกรณ์การวัดที่มีความแม่นยำ

03 การจำแนกประเภทตามหลักการตรวจจับแม่เหล็ก: เอฟเฟกต์ฮอลล์, ตัวต้านทานแม่เหล็ก

ตัวเข้ารหัสฮอลล์เอฟเฟกต์

ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ฮอลล์ เมื่อวางตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็ก ความต่างศักย์จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางที่ตั้งฉากกับทั้งกระแสและสนามแม่เหล็ก

ลักษณะ : ต้นทุนต่ำ ลักษณะอุณหภูมิที่ดี อายุการใช้งานยาวนาน
ข้อบกพร่อง : ความละเอียดค่อนข้างต่ำ
การใช้งาน : การใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุน เช่น มอเตอร์รถยนต์ และเครื่องใช้ในบ้าน

ตัวเข้ารหัสแบบแอนไอโซทรอปิกแมกเนโตเรซิทีฟ (AMR)

ใช้คุณลักษณะที่ความต้านทานของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกเปลี่ยนแปลงไปในสนามแม่เหล็กภายนอก ความไวแสงนั้นสูงกว่าองค์ประกอบฮอลล์หลายระดับ

ลักษณะ : ความละเอียดสูง, ตอบสนองความถี่กว้าง, ลักษณะอุณหภูมิที่เสถียร
ข้อบกพร่อง : ต้องมีการป้องกันแม่เหล็ก ค่าใช้จ่ายสูงกว่า
การใช้งาน : เซอร์โวมอเตอร์ความเที่ยงตรงสูง, เครื่องมือวัดที่แม่นยำ

ตัวเข้ารหัสแบบต้านทานสนามแม่เหล็กขนาดยักษ์ (GMR) และตัวเข้ารหัสแบบอุโมงค์แม่เหล็ก (TMR)

GMR และ TMR เป็นเทคโนโลยีการตรวจจับแม่เหล็กรุ่นใหม่ ที่มีความไวสูงกว่า AMR ตามลำดับ

ลักษณะ : ความไวสูงเป็นพิเศษ, อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูง, การใช้พลังงานต่ำ
ข้อบกพร่อง : กระบวนการที่ซับซ้อน ต้นทุนสูง
การใช้งาน : สาขาที่มีความแม่นยำสูงพิเศษ เช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์และอุปกรณ์ทางการแพทย์

04 การจำแนกตามประเภทโครงสร้าง: เพลาตัน, กลวงกลวง, ทะลุกลวง

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเพลาแข็ง

เซ็นเซอร์ เชื่อมต่ออย่างแน่นหนา กับเพลาหมุน โดยมีโครงสร้างที่กะทัดรัด แรงบิดต่ำ และต้นทุนต่ำ

เหมาะสำหรับมอเตอร์ขนาดเล็กและไมโครโรบ็อตที่มีพื้นที่จำกัด แต่การติดตั้งต้องใช้ข้อต่อและต้องการความแม่นยำในการจัดตำแหน่งสูง

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กแบบ Blind Hollow (กึ่งกลวง)

ตัวเข้ารหัสมี รูตัน ที่ด้านหนึ่งและติดตั้งเข้ากับเพลามอเตอร์โดยตรง ช่วยให้ติดตั้งง่ายและมีความน่าเชื่อถือที่ดี

นี่คือโครงสร้างที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน โดยรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและราคา และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเซอร์โวมอเตอร์และหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

ผ่านตัวเข้ารหัสแม่เหล็กแบบกลวง (เพลากลวง)

มี รูทะลุตรงกลางที่เจาะเข้าไปในตัวเข้ารหัสทั้งหมด เพื่อให้สายเคเบิลหรือเพลาทะลุผ่านได้ ตอบสนองความต้องการในการติดตั้งพิเศษ

เหมาะสำหรับโครงสร้างทางกลที่ซับซ้อน เช่น ข้อต่อหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานและแท่นหมุนที่มีความแม่นยำ

05 การจำแนกประเภทตามระดับความแม่นยำ: เชิงพาณิชย์ อุตสาหกรรม เครื่องมือ

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเกรดเชิงพาณิชย์

ความละเอียด : โดยทั่วไปต่ำกว่า 12 บิต (4096 PPR)
ความแม่นยำ : ±1° หรือมากกว่า
อุณหภูมิการทำงาน : 0°C ถึง +70°C
การใช้งาน : เครื่องใช้ในบ้าน, เครื่องใช้ไฟฟ้า, มอเตอร์ทั่วไป

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเกรดอุตสาหกรรม

ความละเอียด : 12-16 บิต (4096-65536 PPR)
ความแม่นยำ : ±0.1° ถึง ±0.5°
อุณหภูมิการทำงาน : -40°C ถึง +85°C
ระดับการป้องกัน : โดยทั่วไป IP54 หรือสูงกว่า
การใช้งาน : ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม, เซอร์โวมอเตอร์, เครื่องมือไฟฟ้า

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเกรดเครื่องมือ

ความละเอียด : 16-24 บิต (65536-16777216 PPR)
ความแม่นยำ : ±0.01° ถึง ±0.05°
อุณหภูมิการทำงาน : -40°C ถึง +110°C
คุณสมบัติพิเศษ : ต้านทานแรงกระแทก ต้านทานการสั่นสะเทือน การป้องกัน EMC
การใช้งาน : การบินและอวกาศ การวัดที่แม่นยำ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ระดับสูง

06 คู่มือการเลือกตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก

กำหนดข้อกำหนดการสมัคร

ประเภทการเคลื่อนไหว : การเคลื่อนที่แบบหมุนหรือเชิงเส้น? ต่อเนื่องหรือแบบลูกสูบ?
ข้อกำหนดในการควบคุม : การควบคุมตำแหน่ง การควบคุมความเร็ว หรือทั้งสองอย่าง?
สภาพแวดล้อม : อุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า?

กำหนดพารามิเตอร์หลัก

ความละเอียด : เลือกตามความต้องการความแม่นยำในการควบคุม ไม่จำเป็นต้องสูงกว่าจะดีกว่า
ความแม่นยำ : พิจารณางบประมาณข้อผิดพลาดของระบบโดยรวม
ความถี่ในการตอบสนอง : ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดความเร็วการทำงานสูงสุด
อินเทอร์เฟซเอาต์พุต : ขนาน, อนุกรม, ฟิลด์บัส

พิจารณาเงื่อนไขการติดตั้ง

ข้อจำกัดด้านพื้นที่ : กำหนดขนาดและวิธีการติดตั้งที่อนุญาต
การเชื่อมต่อเพลา : พิจารณาข้อกำหนดการจัดตำแหน่งและความสะดวกในการติดตั้ง
ระดับการป้องกัน : เลือกการป้องกันที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม

ประเมินปัจจัยทางเศรษฐกิจ

ช่วงงบประมาณ : ค้นหาจุดสมดุลระหว่างความต้องการด้านประสิทธิภาพและต้นทุน
ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน : พิจารณาต้นทุนระยะยาวในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนทดแทน
ระยะเวลารอคอยสินค้า : รับประกันเสถียรภาพของห่วงโซ่อุปทาน

07 ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กชนิดพิเศษ

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กเชิงเส้น

ใช้สำหรับ การวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้น ประกอบด้วยสเกลแม่เหล็กและหัวอ่าน

ข้อดี : ช่วงการวัดขนาดใหญ่ การติดตั้งที่ยืดหยุ่น ต้านทานการปนเปื้อนสูง
การใช้งาน : เครื่องมือกล CNC, เครื่องวัดพิกัด, มอเตอร์เชิงเส้นตรง

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กสัมบูรณ์แบบหลายเลี้ยว

ใช้ เทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานของ Wiegand หรือกลไกการส่งผ่านเกียร์เพื่อให้เกิดการนับแบบกลไกหลายรอบ

ลักษณะเฉพาะ : สามารถรักษาข้อมูลตำแหน่งหลายเลี้ยวได้หลังจากไฟฟ้าดับโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่
การใช้งาน : ระบบสนามกังหันลม เครื่องจักรท่าเรือ เครื่องจักรวิศวกรรม

ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กแบบติดตามคู่

มี หน่วยตรวจจับแม่เหล็กอิสระสองตัว ที่สามารถส่งสัญญาณสองสัญญาณพร้อมกันได้

ข้อดี : การออกแบบซ้ำซ้อนช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ สัญญาณคู่อำนวยความสะดวกในการชดเชยข้อผิดพลาด
การใช้งาน : ระบบที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย โอกาสพิเศษที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง

ด้วยความก้าวหน้าในวัสดุแม่เหล็ก วงจรรวม และเทคโนโลยีการประมวลผลสัญญาณ ตัวเข้ารหัสแม่เหล็กกำลังพัฒนาไปสู่ ความแม่นยำสูงขึ้น ขนาดที่เล็กลง และความชาญฉลาดที่มากขึ้น.

เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรม เช่น องค์ประกอบการตรวจจับแม่เหล็ก TMR ใหม่ ฟังก์ชันการวินิจฉัยตนเองอัจฉริยะ และการออกแบบการควบคุมไดรฟ์แบบรวม กำลังขยายขอบเขตการใช้งานของตัวเข้ารหัสแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง

ในบริบทของอุตสาหกรรม 4.0 ในอนาคตและการผลิตอัจฉริยะ ความสำคัญของตัวเข้ารหัสแม่เหล็กในฐานะที่เป็น 'ประสาทรับความรู้สึก' ของอุปกรณ์จะมีความโดดเด่นมากขึ้น โดยให้ความสามารถในการรับรู้ตำแหน่งที่แม่นยำและเชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับอุปกรณ์อัจฉริยะ