新一代磁性編碼器是取代光學系統的成熟產品
自磁絕對編碼器問世以來,其穩定且易于集成的特性已成為光學編碼器的替代品。然而,磁性絕對編碼器還不能集成光學編碼器的精度和動態分析特性。POSITAL基于一種新型磁傳感器生產的磁旋轉編碼器首次實現了光學系統的性能特征。采用該技術的第一代絕對和增量編碼器現已上市,POSITAL正在不斷開發該產品系列的進一步產品。
光學和磁測量原理的比較
光學編碼器對玻璃或塑料光盤上的角進行編碼。它使用帶有備用電池的電子計數器或連接到齒輪組的多個碼盤來測量多圈轉數。但電池壽命有限,且含有有害物質,而齒輪箱占用更多空間,不可擴展,而且價格昂貴。代碼盤的穩定性也不高。它們也容易受到灰塵的影響(例如在環境空氣中),這會影響光學編碼器的可讀性和測量質量。此外,光學系統容易受潮和冷凝。光學旋轉編碼器被認為是高質量的,并在大量應用中反復證明了其準確性——但光學滑套式旋轉編碼器的發展潛力已經耗盡。相比之下,具有相同分辨率的磁編碼器非常緊湊,只需要一個永久磁鐵來操作磁編碼器中的Wiegand和Hall傳感器。磁編碼器的所有組件,包括通信接口,都安裝在一個小型電路板上。其主要部件是牢固安裝在磁性編碼器上的傳感器系統,并根據永磁體磁場的方向確定軸的角度位置。自單圈磁編碼器問世以來,2005年推出的多圈磁編碼器提供了工業解決方案。磁編碼器使用基于威根效應的能量收集系統從旋轉磁場中提取所需的能量。因此,即使外部電源被切斷,這種類型的磁性編碼器也可以將檢測到的轉數存儲在非易失性存儲器中。磁性編碼器不需要電池或齒輪組,因此:免維護、耐用、抗振動和沖擊,即使在惡劣環境條件下也非常耐用。
圖1: 用光電編碼器(左)和配備霍爾傳感器的編碼器(右)分別測量一個360度的轉角
過去有限的適用場合
磁性編碼器已經廣泛應用于移動機械行業和海上作業。通過這種類型的操作,用戶可以充分利用磁性旋轉編碼器的防潮性和高機械強度。然而,如果用戶目前愿意使用磁性編碼器,由于其穩定性強、外形緊湊等優點,需要降低對精度和動態分析的要求。市場上的磁性編碼器的延遲通常在600μs到1 ms之間。
圖2:性能比較:POSITAL 新型磁性編碼器/傳統光磁系統
技術飛躍
POSITAL的新一代IXARC編碼器用于確定實際位置,無需等待時間,幾乎沒有時基誤差。它將信號處理功能從傳感器“卸載”到微處理器,從而提高產品性能。帶有集成霍爾傳感器的傳統磁鐵系統現在可以生成和處理信號。霍爾傳感器最初是為汽車工業中要求相對較低的任務而開發的,而不是為自動化應用而開發的。然而,這項技術的潛力還有待探索。POSITAL使用的霍爾傳感器只能產生模擬輸出信號,然后由外殼中的32位微處理器進行處理。微處理器功能強大,可以處理各種類型的實時數據。將新一代編碼器推向市場的主要挑戰是開發同時滿足用戶對高精度和動態分析要求的信號處理軟件。POSITAL的開發團隊進行了廣泛的測試和模擬,使該公司的磁編碼器能夠以每16位分辨率(<0.1°)傳輸12位,延遲僅為幾微秒。與上一代編碼器相比,新一代編碼器還配備霍爾傳感器和集成信號處理系統,分辨率和精度提高了4倍,延遲降低了100倍。這項技術的飛躍為用戶提供了新的解決方案,尤其是針對那些需要強大、經濟高效且緊湊的解決方案的用戶。磁鐵系統甚至可以與電機反饋一起工作。
產品范圍廣泛
低成本、耐用且每轉計數高達16384個,正磁增量編碼器正在不斷開發其編碼器產品組合。本公司生產的所有型號的旋轉編碼器都配有各種機械附件可供選擇,為不同場合提供合適的機械附件:各種直徑的空心盲軸和實心軸,各種法蘭和閥體尺寸。用戶可以選擇鋼、不銹鋼(V4A、V2A)和鋁外殼。新一代增量式編碼器還配備了不同型號,以滿足不同惡劣環境的要求(高軸負載,防護等級達到IP69K,抗沖擊性強)。不同場合的磁性旋轉編碼器也配備了不同的通信接口。磁增量編碼器的另一個優點是,相關軟件提供了對信號處理的完全控制——這取決于用戶的具體要求,當改變參數(如旋轉方向、脈沖數、零脈沖位置、滯后或濾波器設置)時,無需花錢添加硬件。此外,通過POSITAL公司網站上的新產品搜索,世界各地的任何人都可以輕松找到POSITAL公司生產的所有滑套編碼器(目前超過50000種不同型號)。
圖 3:POSITAL 公司提供多種不同型號的磁性編碼器
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