Użytkownicy enkoderów często unikają nowinek technicznych – nie bez powodu. Silnik pracujący w fabryce lub instalacji przemysłowej nie jest odpowiednim miejscem na innowacje, które nie zostały sprawdzone podczas długotrwałego użytkowania. To tłumaczy, dlaczego wypróbowane i przetestowane technologie enkoderów magnetycznych i optycznych pozostają obecnie w powszechnym użyciu. Nowością są natomiast enkodery pojemnościowe, które ostatnio znalazły się w obszarze zainteresowań projektantów systemów kontroli napędu. Pracują one w oparciu o w pełni przetestowane zasady działania i potwierdziły swą użyteczność latami poprawnej pracy w warunkach terenowych. Zastosowane w nich rozwiązanie śledzenia ruchu otwiera nowe możliwości i pozwala użytkownikom enkoderów obrotowych na tworzenie bardziej zaawansowanych rozwiązań.
Różne rozwiązania technologiczne enkoderów
Enkodery obrotowe odgrywają kluczową rolę w niemal wszystkich zastosowaniach wykorzystujących napęd. Zapotrzebowanie na nie rośnie ze względu na częstsze wykorzystanie bezszczotkowych silników prądu stałego (BLDC), które oferują skuteczną kontrolę, wysoką precyzję i sprawność. Zadanie enkodera jest proste: przekazać informację o pozycji wału napędu (lub innego ruchomego elementu mechanicznego) do kontrolera systemu. Na podstawie tej informacji kontroler może dokładnie i efektywnie przełączać (komutować) uzwojenia silnika oraz określić prędkość, zwrot i przyspieszenie. Te parametry są potrzebne, aby pętla kontrolująca napęd utrzymała żądane parametry silnika.
Rys. 1. Sposób generowania przez enkoder sygnałów kwadraturowych
Enkodery różnią się zasadą działania, ale w każdym przypadku mają standardowe cyfrowe wyjścia A i B zwracające sygnał kwadraturowy. Niektóre modele mają też wyjście zliczające, co pokazuje rysunek 1. Enkodery komutacyjne mają również kanały faz komutacji U, V oraz W, przedstawione na rysunku 2.
Rys. 2. Przebiegi U, W i V generowane przez enkoder
Trzy najbardziej znane rodzaje enkoderów to optyczne, magnetyczne i pojemnościowe. Enkoder optyczny zawiera perforowany dysk z diodą LED po jednej stronie i fototranzystorami po drugiej stronie. Wraz z obrotami dysku promień światła ulega przecięciu. Powstałe w ten sposób impulsy pozwalają ustalić kąt i kierunek obrotu. Choć enkoder optyczny jest tani i skuteczny, jego niezawodność pogarszają dwa czynniki. Zanieczyszczenia, na przykład piach, pył czy olej mogą zakłócić drogę optyczną. Z kolei dioda LED ma ograniczony czas życia – typowo po kilku latach jej jasność spada o połowę, a w końcu dioda wypala się całkowicie.
Konstrukcja enkoderów magnetycznych jest podobna do enkoderów optycznych, jednak zamiast promienia światła wykorzystywane jest pole magnetyczne. Miejsce perforowanego dysku zajmuje magnes, który obraca się nad szeregiem czujników magnetycznych. Każdy obrót magnesu powoduje powstanie sygnału w tych czujnikach. Następnie układy wejściowe dokonują kondycjonowania sygnału, po czym obliczana jest pozycja dysku. O ile rozwiązanie tego typu zapewnia dłuższą żywotność, enkoder magnetyczny zazwyczaj nie jest tak dokładny, jak enkoder optyczny. Niektóre rodzaje są również wrażliwe na interferencje elektromagnetyczne powodowane przez sam silnik.
