Un codificatore rotativo a più giri è un sensore elettromeccanico di precisione in grado non solo di misurare la posizione angolare di un albero in un singolo giro (0 ° a 360 °),ma anche misurare il numero cumulativo di rotazioni completeUn codificatore a turno singolo ripristina la sua uscita ad ogni rivoluzione, mentre un codificatore a turni multipli è diverso in quanto può fornire sia la posizione angolare assoluta che il numero totale di rotazioni,che consente un feedback di posizione preciso su una gamma di movimento più ampia.
In applicazioni avanzate di controllo del movimento, non è sufficiente catturare solo un angolo di asse di 360 ° per ottenere un monitoraggio affidabile del sistema.Quando il movimento di rotazione è meccanicamente accoppiato con lo spostamento lineareI codificatori multi-loop possono fornire dati di posizione assoluta continui,garantire una precisa sincronizzazione e controllo di sistemi elettromeccanici complessiIn questo articolo verrà discusso in modo più dettagliato l'encoder multi turn, compreso il suo principio di funzionamento, gli scenari di utilizzo e altre considerazioni di integrazione.
Le funzioni e i vantaggi degli encoder multi turno
Con il monitoraggio del momento in cui l'encoder a singola bobina si inverte da 359° a 0°, il software traccia la rotazione dell'intero asse.Omissioni di campionamento, interruzioni di corrente, guasti di comunicazione e persino rumore causato da vibrazioni possono portare a velocità di rotazione asincrone.Le rapide inversioni vicino al confine di 0 °/360 ° spesso confondono ulteriormente la logica di rilevamento flipLe soluzioni basate su software sono ancora suscettibili di perdita di precisione, anche con ampie modifiche di filtraggio e algoritmo.
L'encoder assoluto a più giri risolve queste sfide a livello hardware integrando due funzioni chiave:una risoluzione fine angolare di una sola svolta e un tachimetro integrato per il monitoraggio della velocità di rotazione completa dell'alberoLa misurazione dell'angolo di solito utilizza la tecnologia di rilevamento capacitivo, magnetico o ottico, mentre il tachimetro aggiorna i dati dell'angolo in modo sincrono.Questa combinazione fornisce vere posizioni assolute di più giri senza fare affidamento su logica di ribaltamento esterna per fornire un feedback robusto e privo di errori.
Il tachimetro stesso può essere implementato in vari modi. Gli encoder meccanici utilizzano sistemi basati su ingranaggi, i disegni magnetici utilizzano tipicamente l'energia di impulso di Wiegand per registrare le rivoluzioni,mentre le implementazioni digitali si basano sull'elettricità continua. The latter usually requires careful system design to maintain the continuity of the power supply (usually through backup batteries or software safeguards) in order to keep a record of the number of revolutions during power outages.
Come gestire gli encoder multi-turn all'avvio
Una delle principali sfide nella progettazione di codificatori multi-torno è la gestione della potenza al ripristino, poiché la perdita di giri memorizzati può influenzare i dati di posizione assoluta.Per alleviare questo problema si adottano di solito varie strategie ingegneristiche:
Referenza all'interruttore di origine o di limite - Quando viene attivato, il sistema spinge il meccanismo a un punto di riferimento predefinito e riavvia la posizione dell'encoder.
Salvare ultimo valore conosciuto - Se c'è un controller host o una memoria non volatile, il sistema può salvare l'ultimo angolo e le rivoluzioni registrati prima di spegnersi.finché l'albero non si muove durante il periodo di arresto, tali valori saranno applicati nuovamente.
Blocco meccanico dell'albero - durante gli spegnimenti pianificati o gli stati di potenza ultra-bassa, l'albero può essere fisicamente bloccato per evitare la rotazione.realizzare un recupero senza soluzione di continuitàQuesto metodo è particolarmente indicato per i sistemi portatili o alimentati a batteria.
Reinizializzazione del livello di sistema - Per le applicazioni che possono tollerare la perdita di alcuni giri, il sistema deve solo essere resettato e ricalibrato all'avvio utilizzando sensori esterni o stati predefiniti sicuri.Questo riduce la complessità, ma si applica solo alle applicazioni di feedback di posizione non critica.
Per le applicazioni che non possono accettare la perdita di giri in caso di interruzione di corrente, le batterie di riserva integrate sono una delle soluzioni più affidabili.Questo metodo non si basa su metodi di ricalibrazione esterni o su sensori ausiliari, garantendo che l'encoder possa continuare ad essere alimentato anche dopo brevi o prolungate interruzioni di corrente.
Dal punto di vista del consumo di energia, è proprio qui che diventa importante la scelta della tecnologia.Il consumo di potenza di funzionamento degli encoder capacitivi (come la serie AMT di Same Sky) è in genere di soli ~ 80 mW, rendendoli altamente efficienti per i progetti incorporati e alimentati a batteria. La sua efficienza riduce al minimo il consumo di energia di riserva nella massima misura possibile,e il supporto a lungo termine può essere ottenuto senza eccessiva capacità della batteria.
Al contrario, il consumo di energia dei codificatori magnetici varia in genere da 150 a 500 mW, mentre i codificatori ottici richiedono in genere da 200 mW a oltre 1 W nei sistemi ad alta risoluzione o basati su LED.Questo vantaggio di efficienza rende gli encoder capacitivi molto attraenti in ambienti con potenza limitata, dove ogni milliwatt è cruciale.