التحليل الفني للمشفرات الضوئية والمغناطيسية والسعة

تعتبر أجهزة التشفير شائعة في منتجات التحكم في الحركة ، وتعد أجهزة التشفير الدوارة مكونات رئيسية لحلقات التغذية الراجعة للتحكم في الحركة ، بما في ذلك معدات الأتمتة الصناعية والتحكم في العمليات ، والروبوتات ، والمعدات الطبية ، والطاقة ، والفضاء ، وما إلى ذلك.

كأجهزة تقوم بتحويل الحركة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية ، توفر أجهزة التشفير للمهندسين البيانات الأساسية مثل الموقع والسرعة والمسافة والاتجاه التي يمكن استخدامها لتحسين أداء النظام ككل.

تعد التقنيات البصرية والمغناطيسية والسعة هي تقنيات التشفير الرئيسية الثلاثة المتاحة للمهندسين. ومع ذلك ، هناك عدد من العوامل التي يجب مراعاتها لتحديد التقنية الأفضل للتطبيق النهائي.

ستقدم هذه المقالة نظرة عامة على تقنيات التشفير الضوئية والمغناطيسية والسعة ، وتناقش بإيجاز مزايا وعيوب كل تقنية.

1. التشفير البصري

كانت الترميز البصري خيارًا شائعًا في سوق تطبيقات التحكم في الحركة لسنوات عديدة. يتكون من مصدر ضوء LED (عادةً مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء) وكاشف ضوئي ، يقعان على جانبي لوحة رمز التشفير.

لوحة الشفرة مصنوعة من البلاستيك أو الزجاج ، مع سلسلة من الخطوط أو الفتحات الشفافة وغير الشفافة مرتبة على فترات. عندما يدور قرص الكود ، يتم حظر المسار البصري LED بواسطة الخطوط أو الفتحات المرتبة على فترات زمنية على قرص الشفرة ، وبالتالي توليد موجتين مربعتين نموذجيتين A و B نبضات متعامدة ، والتي يمكن استخدامها لتحديد دوران وسرعة المحور .

التحليل الفني للمشفرات الضوئية والمغناطيسية والسعة

الشكل 1: نبضات متعامدة نموذجية A و B للمشفرات الضوئية ، بما في ذلك نبضات الفهرس (رصيد الصورة: أجهزة CUI)

على الرغم من استخدام التشفير البصري على نطاق واسع ، إلا أنه لا يزال هناك العديد من العيوب. في البيئات المتربة والقذرة مثل التطبيقات الصناعية ، يمكن أن تتراكم الملوثات على لوحة الكود ، وبالتالي تمنع انتقال ضوء LED إلى المستشعر البصري.

تتأثر موثوقية ودقة المشفر البصري بشكل كبير لأن قرص الكود الملوث قد يؤدي إلى انقطاع الموجة المربعة أو فقدانها بالكامل.

تتمتع المصابيح بعمر خدمة محدود وستحترق في النهاية ، مما يؤدي إلى فشل التشفير. بالإضافة إلى ذلك ، تكون أقراص الشفرة الزجاجية أو البلاستيكية عرضة للتلف بسبب الاهتزاز أو درجات الحرارة القصوى ، مما يحد من إمكانية تطبيق التشفير البصري في تطبيقات البيئة القاسية ؛ إن تجميعها في محرك لا يستغرق وقتًا طويلاً فحسب ، بل ينطوي أيضًا على مخاطر تلوث أكبر.

أخيرًا ، إذا كانت دقة التشفير البصري عالية ، فسوف تستهلك أكثر من 100 مللي أمبير من التيار ، مما يؤثر بشكل أكبر على تطبيقه في الأجهزة المحمولة أو التي تعمل بالبطارية.

2. جهاز تشفير مغناطيسي

تتشابه المشفرات المغناطيسية في هيكلها مع المشفرات الضوئية ، ولكنها تستخدم مجالًا مغناطيسيًا بدلاً من شعاع ضوئي. تستبدل المشفرات المغناطيسية أقراص الشفرة الضوئية المشقوقة بأقراص الشفرة المغناطيسية بأقطاب مغناطيسية متباعدة تدور على صف من مستشعرات تأثير هول أو مستشعرات التردد.

سيؤدي أي دوران للوحة الشفرة إلى استجابة هذه المستشعرات ، وسيتم إرسال الإشارة الناتجة إلى الدائرة الأمامية لتكييف الإشارة لتحديد موضع العمود.

مقارنة بالمشفرات الضوئية ، تتميز أجهزة التشفير المغناطيسية بكونها أكثر متانة ومقاومة للاهتزاز والصدمات. علاوة على ذلك ، فإن أداء المشفرات الضوئية يتعرض لخطر كبير في حالة الملوثات مثل الغبار والأوساخ وبقع الزيت ، بينما لا تتأثر أجهزة التشفير المغناطيسية ، مما يجعلها مثالية لتطبيقات البيئة القاسية.

ومع ذلك ، فإن التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن المحركات (خاصة المحركات السائر) سيكون له تأثير كبير على المشفر المغناطيسي ، كما أن التغيرات في درجات الحرارة ستؤدي أيضًا إلى انحراف موضعه.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن دقة ودقة أجهزة التشفير المغناطيسية منخفضة نسبيًا وهي أقل بكثير من أجهزة التشفير الضوئية والسعة في هذا الصدد.

3. جهاز التشفير بالسعة

يتكون المشفر السعوي من ثلاثة أجزاء رئيسية: الدوار ، وجهاز الإرسال الثابت ، والمستقبل الثابت. يستخدم الاستشعار بالسعة شريطًا أو نمطًا خطيًا بقطب واحد على عنصر ثابت والقطب الآخر على عنصر متحرك لتكوين مكثف متغير مكون كزوج من أجهزة الاستقبال / أجهزة الإرسال.

تم حفر الجزء المتحرك بنمط موجة جيبية ينتج عنها إشارة محددة ولكن يمكن التنبؤ بها أثناء دوران عمود المحرك. ثم يتم تحويل هذه الإشارة بواسطة ASIC الموجود على لوحة التشفير لحساب موضع واتجاه دوران المحور.

التحليل الفني للمشفرات الضوئية والمغناطيسية والسعة

الشكل 2: مقارنة بين أقراص التشفير (صورة فوتوغرافية: أجهزة CUI)

4. جهاز التشفير بالسعة

يعمل المشفر السعوي على نفس مبدأ الفرجار الرقمي ، لذلك فهو يوفر حلاً يتغلب على العديد من عيوب التشفير البصري والمغناطيسي.

أثبتت التكنولوجيا القائمة على السعة المستخدمة في خط أجهزة تشفير AMT الخاصة بأجهزة CUI أنها موثوقة للغاية ودقيقة للغاية.

نظرًا لعدم الحاجة إلى LED أو خط الرؤية ، يمكن للتشفير السعوي تحقيق النتائج المرجوة حتى عند مواجهة الملوثات البيئية التي يمكن أن تؤثر سلبًا على المشفرات الضوئية ، مثل الغبار والأوساخ وبقع الزيت.

بالإضافة إلى ذلك ، فهو أقل عرضة للاهتزاز ودرجات الحرارة العالية / المنخفضة للغاية من أقراص الشفرة الزجاجية المستخدمة في التشفير البصري.

كما ذكرنا سابقًا ، تميل أجهزة التشفير السعوية إلى أن تتمتع بعمر خدمة أطول من المشفرات الضوئية لأن المصابيح لا تحترق.

نتيجة لذلك ، يكون لجهاز التشفير السعوي حجم عبوة أصغر ويستهلك تيارًا أقل على نطاق الدقة الكامل من 6 إلى 18 مللي أمبير فقط ، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تعمل بالبطارية.

نظرًا لأن متانة ودقة ودقة التكنولوجيا السعوية أعلى من تلك الموجودة في المشفر المغناطيسي ، فإن التداخل الكهرومغناطيسي والضوضاء الكهربائية التي يواجهها الأخير ليس لهما تأثير كبير عليها.

بالإضافة إلى ذلك ، توفر الطبيعة الرقمية للتشفير السعوي مزايا رئيسية من حيث المرونة وقابلية البرمجة. نظرًا لأن دقة المشفر البصري أو المغناطيسي يتم تحديدها بواسطة لوحة التشفير ، يتم استخدام أداة تشفير جديدة في كل مرة تتطلب قرارات أخرى ، مما يؤدي إلى زيادة وقت وتكلفة التصميم وعملية التصنيع.

ومع ذلك ، فإن المشفرات ذات السعة لديها مجموعة من القرارات القابلة للبرمجة ، مما يوفر للمصممين مشكلة استبدال المشفر في كل مرة تكون هناك حاجة إلى دقة جديدة ، مما لا يقلل المخزون فحسب ، بل يبسط أيضًا ضبط حلقة التحكم PID وتحسين النظام.

تسمح المشفرات السعوية بالمحاذاة الرقمية وفهرسة إعدادات النبض عندما يبدأ محرك BLDC ، وهي مهمة يمكن أن تكون متكررة وتستغرق وقتًا طويلاً بالنسبة للمشفرات الضوئية.

تمنح الإمكانات التشخيصية المدمجة المصممين وصولاً أكبر إلى بيانات النظام لتحسين النظام أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الميدان.

التحليل الفني للمشفرات الضوئية والمغناطيسية والسعة

الشكل 3: مقارنة بين مؤشرات الأداء الرئيسية للتقنيات السعوية والبصرية والمغناطيسية (رصيد الصورة: أجهزة CUI)

5. تزن خياراتك

في العديد من تطبيقات التحكم في الحركة ، تعتبر درجة الحرارة والاهتزاز والملوثات البيئية عوامل تحدي مهمة يجب أن تتعامل معها أجهزة التشفير. اتضح أن المشفرات السعوية يمكنها التغلب على هذه التحديات.

بالمقارنة مع التقنيات البصرية أو المغناطيسية ، فإنه يوفر للمصممين حلولاً موثوقة ودقيقة ومرنة.

علاوة على ذلك ، تضيف أجهزة التشفير السعوية إمكانية البرمجة والتشخيص ، وهي ميزة رقمية تجعلها أكثر ملاءمة لتطبيقات إنترنت الأشياء الحديثة (IoT) وإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT).