Vítejte, dnes je
pátek
17.
květen
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Nepřetržitý rozmach prakticky všeho, od výroby až po přepravu či zábavu, často závisí na zlepšování vlastností našich zařízení, kdy zdokonalujeme svoji schopnost řídit je s ještě větší přesností.
V srdci mnoha moderních systémů se nachází alespoň jeden motor. Způsob, jak dále zlepšovat roboty, výtahy, automobily, elektrické nářadí a další věci, pak spočívá v ještě přesnějším řízení jejich motorů. Chování motoru je přitom závislé na precizním řízení a precizní řízení motoru zase závisí na přesné detekci jeho pozice. Precizní detekce je konečně závislá na rostoucí přesnosti senzoru a jeho technologie. Aby vývojáři zlepšili přesnost motoru, jeho řízení a také dosahované vlastnosti, mohou nyní využít indukční snímače polohy nabízející při určování pozice nové úrovně přesnosti.
Enkodéry
Magnetické a také optické enkodéry budou pokaždé těžit ze vztahu mezi změnami polohy motoru a jeho rychlosti. Existuje zde několik druhů magnetických enkodérů, nicméně všechny budou odkázány na změny spojené s totožným jevem. Motor je každopádně vybaven jedním nebo i více magnety. Když se pak takové prvky pohybují vzhledem k magnetickému detektoru, bude se úměrně jejich vztažnému pohybu měnit i magnetické pole.
Rozlišení se pro různé druhy magnetických enkodérů liší a v některých případech může být i docela nízké, když dosahujeme pouze několika stovek pulzů na otočku (PPR). Vyšší přesnost se bude odvíjet od precizní výroby. Dle konkrétního typu se pak různí též rozměry a hmotnost. Výsledky mohou rovněž neblaze ovlivnit teplotní extrémy. Stinnou stránkou magnetických snímačů je skutečnost, že v aplikacích vystavených elektromagnetickým interferencím (EMI) mohou být nespolehlivé nebo dokonce nepoužitelné.
Optické enkodéry detekují pro změnu světelné pulzy. Základní provedení spočívá v tom, že motor vybavíme diskem se speciální mřížkou. Fotodiody poté poplatně otáčení u takové mřížky zaznamenávají světelné pulzy (na nebo i skrz; posloupnost světelných pulzů zde vytváří „kód“ a odtud pochází též název „optický enkodér“). Díky zmíněné metodě proto určujeme jak rychlost otáčení, tak i pozici motoru.
Optické enkodéry jsou vůči magnetickým polím odolné. Mohou nabízet vysoké rozlišení a zajišťovat solidní přesnost, nicméně jejich výstupy dokáže ovlivnit pečlivost při instalaci. Optické enkodéry může snadno ohrozit i znečištění pocházející z okolního prostředí, jako je prach, saze a dokonce i vlhkost. Pod jejich chování se také mohou nepříznivě podepisovat teplotní extrémy. U kteréhokoli z těchto senzorů bude vysokých rychlostí obvykle dosahováno na úkor přesnosti, za kterou se pokaždé připlácí.
Indukční snímače
Třetím typem snímačů používaných ve spojení s motory se stávají indukční senzory. Indukční snímače jsou ve skutečnosti sice založeny na magnetech, nesledují zde ale změny magnetického pole. Místo toho budou měřit proud – indukované proudy. Magnetický detektor zaznamenává otáčení ústrojí. Když pak jeho zuby míjí senzor, vytváří proměnlivý tok indukující ve snímači úměrné napětí. Napětí může být ve vzájemném vztahu s rychlostí a směrem otáčení.
Indukční senzory se používají zhruba sto let. Taková řešení pro zjišťování polohy jsou povětšinou necitlivá vůči vibracím, změnám teploty nebo znečištění okolního prostředí. Po mechanické stránce bývají jednodušší, a proto i spolehlivější.
Během uplynulých dvou desetiletí stále více rostla oblíbenost indukčních senzorů v automobilovém průmyslu. Indukční snímače používané v automobilovém prostředí jsou navržené tak, aby byly levné a vysoce spolehlivé. Také se ale náhodou stalo, že pracovaly s nízkou rychlostí a malou přesností. Zmíněné senzory se každopádně hodily pro potřeby konkrétní aplikace. Jenže indukční snímače mohou dosahovat i lepších výsledků.
Obr. 1 Rotační snímač polohy NCS32100 od onsemi
Duální indukční rotační senzor
Duální indukční rotační snímač je novou variantou indukčního senzoru. Tato nová indukční čidla polohy jsou nejen velmi rychlá, ale také vysoce přesná. Duální indukční snímač polohy od onsemi se skládá ze dvou desek plošných spojů (DPS). Jednou bude rotor se dvěma tištěnými indukčnostmi a další poté stator s tištěnými indukčnostmi, stejně jako integrovaným obvodem – enkodérem.
Přesnost součástky bude pro 38mm senzor lepší než ±50 arcsec. Plná přesnost systému je definována až do 6 000 RPM, ačkoli zde můžeme jít i mnohem dál, a to až k maximu v podobě 100 000 RPM). K dispozici je výstup s dvacetibitovým rozlišením (single-turn) a také rozlišení 24 bitů (multi-turn). Jedná se přitom o absolutní enkodér (oproti přírůstkovému enkodéru), což znamená, že systém poskytuje informaci o poloze i v případě, kdy není rotor v pohybu.
Standardní modul staví na vestavném mikrokontroléru (MCU) společně s firmwarem. Kontrolérem zde bude programovatelné MCU s ARM® M0. Místo nezpracovaných analogových signálů tak bude na výstupu k dispozici pozice a také rychlost. Možnosti flexibilní konfigurace modulu zde umožňují spojení s celou řadou systémů indukčního snímače, zatímco se rovněž nabízí různé formáty číslicového výstupu.
Způsob řešení není po mechanické stránce vůbec složitý a počítá se sníženým počtem součástí. Rovněž si žádá minimální počet vnějších součástek, jako např. kondenzátorů (bypass, ladění a tak dále). Řešení zde nabízí schopnosti ve stylu „plug-and-play“, poměrně snadno lze kalibrovat a nechybí mu ani korekce chyb či diagnostika, takže se bude snadno instalovat a jednoduše i používat. A podobně jako u dalších indukčních senzorů skloňujeme i tady robustnost, bezpečnost a spolehlivost. K dispozici je v rámci standardního modulu, nicméně základní návrh umožňuje i jiné konfigurace.
Integrované řešení bylo navrženo pro průmyslové aplikace a jejich požadavky. Duální indukční snímače polohy lze použít v místech, kde v současné době zapojujeme středně výkonné, ale také špičkové optické enkodéry a v aplikacích, jako jsou robotika, průmyslové pohony, systémy tovární automatizace nebo i celá řada strojních zařízení pro průmyslové využití.
Pokaždé když vývojáři zhodnocují možnosti snímače, je důležité, aby nejen vyhověli provozním požadavkům dané aplikace, ale zcela zásadní bude i potřeba zvážit výdrž aplikace v dlouhodobém výhledu. Díky duálnímu, indukčnímu rotačnímu senzoru polohy od onsemi, sníženému počtu součástek, rozšířené provozní životnosti a také jednoduché kalibraci to bude znamenat i nižší celkové náklady. Další informace naleznete pod odkazy na konci článku, které také zahrnují dva dokumenty od onsemi.
Odkazy:
[1] https://www.onsemi.com/download/data-sheet/pdf/ncs32100-d.pdf
[3] https://www.eetimes.com/podcasts/powerup-s2-ep2/
