Çift Kodlu Manyetik Halka Nedir?

bir Çift Kodlu Manyetik Halka tek bir manyetik halka gövdesi üzerinde düzenlenmiş iki ayrı kodlanmış iz (tipik olarak değişen kuzey ve güney kutup bölümleri) ile tasarlanmış bir tür manyetik kodlayıcı halkadır. Bu iki iz, çift kanallı sinyal çıkışı sağlamak üzere dengelenmiştir veya bağımsız olarak programlanmıştır; standart tek yollu manyetik halkayla karşılaştırıldığında daha hassas konum algılama, hız ölçümü ve yön algılama sağlar.

Pratik açıdan, çift kod tasarımı, halkanın aynı anda iki faz kaydırmalı sinyal (genellikle Kanal A ve Kanal B olarak anılır) çıkışı sağladığı anlamına gelir. Bu sinyalleri okuyan sensörler yalnızca dönüş hızını değil aynı zamanda saat yönünde veya saat yönünün tersine hareketin kesin yönünü de belirleyebilir. Bu, çift kodlu manyetik halka Konumsal doğruluğun ve yön farkındalığının tartışmasız olduğu uygulamalarda kritik bir bileşen.

Bu halkalar, manyetik kauçuk bileşiklerinden, sinterlenmiş ferritten veya enjeksiyonla kalıplanmış sert manyetik malzemelerden üretilir ve motorlar, dişli kutuları, tekerlekler ve diğer döner düzeneklerdeki dönen millere bağlanır veya preslenerek takılır. Adındaki "kod", mıknatıslanma işlemi sırasında basılan manyetik polarite modelini ifade eder; bu model, yakına monte edilmiş bir veya daha fazla Hall etkisi sensörü veya manyeto-dirençli sensör tarafından okunan bir modeldir.

Çift Kod Yapısı Nasıl Çalışır?

Çift kodlu bir manyetik halkanın iç yapısını anlamak, onun neden daha basit alternatiflerden daha iyi performans gösterdiğini anlamak için çok önemlidir. Halka iki eşmerkezli veya yan yana manyetik iz bölgesi içerir. Her parça bağımsız olarak belirli bir kutup aralığıyla (bir kuzey kutbu ile komşu güney kutbu arasındaki mesafe) mıknatıslanır.

Çift Yollu Kutup Yapılandırması

Tipik bir çift kodlu manyetik halkada, Yol 1 ve Yol 2 aynı sayıda kutup çiftini taşır ancak kesin bir açısal miktarla (genellikle 90 elektrik derecesi) dengelenir. Halka bir çift sensörün yanından döndüğünde, her sensör bir kare dalga veya sinüzoidal dalga üretir. İki yol ofset olduğundan Kanal A, saat yönünde dönüş sırasında Kanal B'ye 90° önde, saat yönünün tersine dönüş sırasında ise 90° geride kalır. Bu karesel ilişki, aşağı yöndeki elektroniklerin yön kodunu çözmesine olanak tanıyan şeydir.

Örneğin, bir yüzük Ray başına 64 kutup çifti 1.000 RPM'de dönmek, her kanalda dakikada 64.000 darbe üretecektir; yani saniyede yaklaşık 1.067 darbe. Dördül kod çözme ile birleştirildiğinde bu, devir başına 256.000 sayımlık etkili bir çözünürlük anlamına gelir; bu, tek izli bir halkanın sağlayabileceğinden çok daha fazladır.

Üçüncü Kod Olarak Dizin Parçası (İsteğe Bağlı)

Bazı gelişmiş çift kodlu manyetik halka düzenekleri, indeks veya sıfır referans yolu olarak bilinen üçüncü bir yolu içerir. Bu parça tek bir kutup çifti taşır ve tam devir başına tam olarak bir darbe üretir. Güç döngüsünden sonra ana konumun güvenilir bir şekilde yeniden keşfedilmesi gereken servo motor sistemlerinde ve CNC makine iş millerinde hayati önem taşıyan mutlak bir referans konumu oluşturmak için kullanılır.

Çift Kodlu Manyetik Halkalarda Kullanılan Anahtar Malzemeler

Çift kodlu manyetik halkanın performansı büyük ölçüde yapıldığı malzemeye bağlıdır. Her malzeme sınıfı, manyetik güç, mekanik dayanıklılık, sıcaklık toleransı ve maliyet arasında farklı bir denge sunar.

Otomotiv ABS tekerlek hız sensörleri için esnek manyetik kauçuk halkalar, düşük maliyetleri ve karmaşık geometrilere uyum sağlama yetenekleri nedeniyle baskın olmaya devam ediyor. Endüstriyel servo sürücülerde sinterlenmiş NdFeB halkalar tercih edilmektedir çünkü daha yüksek kalıcılık, daha ince kutup aralıklarına izin verir — bazı üreticiler dış çapı yalnızca 30 mm olan bir halka üzerinde 0,5 mm kadar dar kutup aralıkları elde etmektedir.

Çift Kodlu Manyetik Halka vs. Single Code Magnetic Ring

Çift kodlu tasarımın değerini anlamak için onu doğrudan tek kanallı muadili ile karşılaştırmak yardımcı olur. Tek kodlu manyetik halkanın yalnızca bir mıknatıslanmış izi vardır ve tek bir sensörle çalışır. Hızı bildirebilir ve dönüşü algılayabilir ancak ek mantık veya ekstra sensörler olmadan dönüş yönünü tek başına belirleyemez.

• Yön algılama: Tek kod halkaları, yön çıkarımı için harici devre gerektirir; çift ​​kod halkaları, iki kanalın faz karşılaştırması yoluyla doğal yön bilgisi sağlar.
• Çözünürlük: Çift kodlu bir halkanın dörtlü kod çözümü, etkin çözünürlüğü 4 kat artırır. 50 kutuplu bir halka, dörtlü kod çözme ile devir başına 200 sayıma ulaşırken, tek yollu bir sistemle 50 sayım elde edilir.
• Gürültü bağışıklığı: İki kanal çapraz kontrol edilebildiğinden, titreşim veya elektromanyetik girişimden kaynaklanan hatalı darbelerin sinyal işleme aşamasında filtrelenmesi daha kolaydır.
• Sistem karmaşıklığı: Çift kod halkaları, iki sensör ve daha gelişmiş elektronikler gerektirir, bu da bir miktar maliyet ekler. Ancak işlevsel kazanç genellikle performansın kritik olduğu uygulamalarda bunu haklı çıkarır.
• Kompakt entegrasyon: İki ayrı tek kanallı halkanın yan yana kullanılmasıyla karşılaştırıldığında, çift kodlu halka her iki yolu da tek bir fiziksel bileşende birleştirerek eksenel alan gereksinimlerini %30-40'a kadar azaltır.

Çift Kodlu Manyetik Halkaların Temel Uygulamaları

Çift kodlu manyetik halkanın çok yönlülüğü, geniş bir endüstri yelpazesinde benimsenmesine yol açmıştır. Aşağıda en önemli uygulama alanları verilmiştir.

birutomotive Braking and Traction Control Systems

birnti-lock braking systems (ABS) and electronic stability control (ESC) rely on wheel speed sensors to monitor each wheel independently. A double code magnetic ring mounted on the wheel hub or driveshaft provides real-time speed and direction data. This enables the ECU to detect wheel lock-up — a condition where one wheel decelerates much faster than others — and modulate brake pressure accordingly within milliseconds. Modern ABS systems require response times under 10 milisaniye ve kaliteli bir çift kod halkasının sinyal doğruluğu bu gereksinimin karşılanması açısından merkezi öneme sahiptir.

Elektrikli Direksiyon (EPS)

Elektrikli hidrolik direksiyon sistemlerinde, sürekli tork açısı algılaması sağlamak için genellikle direksiyon kolonu veya motor miline çift kodlu bir manyetik halka yerleştirilir. Kontrolör bu bilgiyi ne kadar yardımın hangi yönde uygulanacağını belirlemek için kullanır. Direksiyon açısının birkaç derece bile yanlış okunması, zayıf yol tutuş geri bildirimine veya ciddi durumlarda yanlış destek yönüne neden olabilir. Karesel çıkışlı çift kod tasarımının kullanılması, açısal ölçüm hatasını İyi tasarlanmış uygulamalarda 0,1° .

BLDC ve Servo Motor Komutasyonu

Fırçasız DC motorlar ve servo motorlar, doğru stator bobinlerine doğru anda enerji vermek için hassas rotor konumu geri bildirimine ihtiyaç duyar. Motor şaftı üzerindeki Hall etkisi sensörleri tarafından okunan çift kodlu manyetik halka, birçok tasarımda geleneksel optik kodlayıcıların yerini alır. Bu yaklaşım toza, yağa ve titreşime karşı daha dayanıklıdır, bu da onu fabrika otomasyon robotları, CNC makineleri ve HVAC fan motorları için çok uygun kılar. Endüstriyel servo sistemler sıklıkla çift kod halkalarını kullanır. 32'den 128'e kadar kutup çifti sayısı , alt derece konumsal doğruluğa kadar enterpolasyona olanak tanır.

E-Bisiklet ve Elektrikli Scooter Tahrik Sistemleri

Enjeksiyonla kalıplanmış çift kodlu manyetik halkaların hafif ve kompakt yapısı, onları elektrikli bisikletlerde ve scooterlarda kullanılan göbek motorları için ideal kılar. Halka tipik olarak motor rotoruna bastırılır ve alan odaklı kontrolü (FOC) yönetmek için 120° aralıklı üç Hall sensörü çift hatlı sinyali okur. FOC, neredeyse durma noktasından maksimum RPM'ye kadar tüm hız aralığı boyunca doğru gerçek zamanlı rotor konumu verileri gerektirir; bu da manyetik halkanın sinyal kalitesinin düzgün tork iletiminden ve verimli enerji kullanımından doğrudan sorumlu olmasını sağlar.

Endüstriyel Robotik ve Otomasyon

İşbirlikçi robotlar (cobot'lar) ve mafsallı endüstriyel kollar, açısal konumu sürekli olarak izlemek için her eklemde çift kodlu manyetik halkalar kullanır. Bu sistemler, güvenli insan-robot etkileşimini sağlamak için eklem seviyesinde tork kontrolü gerektirdiğinden, konum geri bildiriminin hem doğru hem de gecikmesiz olması gerekir. Bazı cobot üreticileri, 256 veya daha fazla kutup çiftine sahip halkalar optik bileşenlerin kırılganlığı olmadan kodlayıcıya eşdeğer çözünürlük elde etmek için manyeto-dirençli sensör dizileriyle birleştirilmiştir.

Tıbbi ve Laboratuvar Ekipmanları

Santrifüjler, infüzyon pompaları ve cerrahi robotlar, sterilizasyon kimyasallarının ve nemin mevcut olduğu ortamlarda hız doğruluğu ve yön güvenilirliği gerektirir. Çift kodlu manyetik halkalar bu koşullarda optik kodlayıcılardan daha iyi performans gösterir çünkü kirlenmeye yönelik optik bir yol yoktur. SmCo bazlı halkalar, 134°C'ye ulaşan otoklav sterilizasyon döngüleri sırasında üretilen ısıdan kaynaklanan manyetikliğin giderilmesine karşı dirençleri nedeniyle burada özellikle değerlidir.

Mıknatıslanma Modelleri ve Kutup Aralığı Açıklaması

Mıknatıslanma modelinin kalitesi ve konfigürasyonu, çift kodlu manyetik halka performansını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Mıknatıslama, boş halkaya uygulanan manyetik alanın uzaysal dağılımını hassas bir şekilde kontrol eden özel mıknatıslama armatürleri kullanılarak gerçekleştirilir.

birxially Magnetized vs. Radially Magnetized Rings

Çift kodlu manyetik halkalar eksenel olarak (alan çizgileri halkanın merkez eksenine paralel uzanır) veya radyal olarak (alan çizgileri merkezden içeriye ve dışarıya doğru işaret eder) mıknatıslanabilir. Eksenel olarak mıknatıslanmış halkalar, ince disk tarzı tasarımlara uygun olan düz uç yüzeye konumlandırılan sensörler tarafından okunur. Radyal olarak mıknatıslanmış halkalar, motorlar ve dişli kutuları için mile monteli konfigürasyonlarda daha yaygın olan, dış çevredeki sensörler tarafından okunur.

Kutup Aralığı ve Çözünürlük İlişkisi

Kutup aralığı, halkanın çevresi boyunca ölçülen bir tam kuzey-güney kutup çiftinin fiziksel uzunluğunu ifade eder. Daha kısa kutup aralıkları halka başına daha fazla kutup çifti anlamına gelir ve bu da doğrudan devir başına daha yüksek darbe sayısına dönüşür. Bununla birlikte, fiziksel bir alt sınır vardır: eğer kutup aralığı halka çapına ve malzeme zorlayıcılığına göre çok küçük olursa, bitişik kutuplar birbirlerini kısmen manyetiklikten arındıracak ve sinyal kalitesini düşürecektir.

birs a rule of thumb, sintered NdFeB rings can reliably maintain pole pitches down to about 0,5 mm ila 0,8 mm esnek kauçuk mıknatıslar tipik olarak kutup aralıklarıyla sınırlıdır. 1,5 mm veya daha büyük . Çevresi 60 mm olan bir halka için bu, NdFeB'nin yol başına 75'e kadar kutup çifti elde edebileceği, kauçuğun ise yaklaşık 40 ile sınırlı olduğu anlamına gelir.

Sensör Uyumluluğu ve Okuma Mesafesi

bir double code magnetic ring is only as good as the sensor system reading it. The choice of sensor type and the air gap between the sensor face and the ring surface critically affect signal quality.

Hall Etkili Sensörler

Hall-etkili sensörler, çift kodlu manyetik halkaları okumak için en yaygın kullanılan sensör türüdür. Manyetik akı yoğunluğundaki değişikliklere yanıt verirler ve değişkene bağlı olarak analog voltaj veya dijital kare dalga çıkışı sağlarlar. Çift kod halkaları için iki Hall sensörü yan yana monte edilir ve her biri iki yoldan birine hizalanır. Kaliteli bir manyetik halkayı okuyan Hall sensörleri için tipik çalışma havası boşluğu: 0,3 mm ila 2,0 mm halkanın yüzey akı yoğunluğuna bağlı olarak.

Manyeto-Dirençli (MR) ve AMR Sensörleri

birnisotropic magneto-resistive (AMR) and giant magneto-resistive (GMR) sensors offer higher sensitivity than Hall devices, which means they can read weaker magnetic fields or work at larger air gaps. AMR sensors used with high-quality double code rings can function reliably at air gaps up to 3 mm'den 5 mm'ye bazı konfigürasyonlarda. Ayrıca elektronik enterpolasyonun ham kutup sayısının ötesinde konumsal çözünürlüğü daha da artırmasına olanak tanıyan daha temiz sinüzoidal çıkışlar üretirler.

Dahili Enterpolasyonlu Entegre Sensör IC'leri

Birçok yarı iletken üreticisi artık çift kodlu manyetik halkalarla kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmış tek çipli sensör IC'leri sunmaktadır. Bu yongalar çift algılama elemanları, analog ön uç devreler, dijital enterpolasyon mantığı ve çıkış sürücülerini içerir; bunların tümü 5 mm × 5 mm'den küçük bir pakettedir. Örnekler arasında Allegro Microsystems, Melexis ve ams-OSRAM ürünleri yer almaktadır. Bu entegre çözümler, manyetik halka sistemi etrafındaki donanım tasarımını önemli ölçüde basitleştirir ve eksiksiz enkoder çözümü için gereken kart alanını azaltır.

Kurulum Yönergeleri ve Yaygın Hatalar

Çift kodlu manyetik halkanın doğru kurulumu, güvenilir performansa ulaşmanın temelidir. Yüksek kaliteli bir halka bile yanlış takıldığında düzensiz sinyaller üretecektir.

1. Tutarlı hava boşluğunu koruyun: Halka yüzeyi ile sensör yüzeyi arasındaki boşluk, milin tam dönüşü boyunca aynı kalmalıdır. Halka montaj yüzeyindeki 0,05 mm'den büyük radyal salgı, çıkış sinyali genliğinde döngüsel değişikliklere neden olur ve bu da yüksek hızlarda yanlış sayımları tetikleyebilir.
2. birvoid axial play: Eksenel olarak okunan halkalar için, şaftın sensöre göre eksenel hareketi, kutup adımının 10'a bölümünden daha az olmalıdır. Aşırı eksenel oynama, sensörün görüş alanında bitişik kutupların birlikte bulanıklaşmasına neden olur.
3. Ferromanyetik kirlenmeden koruyun: Halka yüzeyinde demir talaşları ve çelik parçacıkları birikerek manyetik alanı yerel olarak bozabilir. İşleme merkezleri gibi metal talaşı bulunan ortamlarda, manyetik olmayan bir kalkan veya koruyucu labirent contanın tasarıma dahil edilmesi gerekir.
4. birvoid demagnetization from heat: Ferrit ve kauçuk bileşik halkalar, nominal maksimum değerlerinin üzerindeki sıcaklıklara maruz bırakılmamalıdır. Montaj lehimleme veya boya pişirme işlemleri sırasında bile geçici olarak bu eşiğin aşılması, halkanın manyetikliğini kısmen giderebilir ve sinyal genliğini kalıcı olarak azaltabilir.
5. Polarite yönelimini gözlemleyin: Çift kod halkaları, iki yol aşaması arasında tanımlanmış bir ilişkiye sahiptir. Eksenel yön etrafında 180° döndürülmüş halkanın takılması, hangi kanalın hangisine yol açtığını değiştirebilir ve kontrol sistemine bildirilen görünür dönüş yönünü tersine çevirebilir. Son kurulumdan önce daima ray yönünü üreticinin veri sayfasına göre doğrulayın.

Doğru Çift Kodlu Manyetik Halka Nasıl Seçilir

Belirli bir uygulama için çift kodlu manyetik halkanın seçilmesi, birbirine bağlı birçok parametrenin değerlendirilmesini gerektirir. Bu seçim sürecini aceleye getirmek, aşırı büyük, küçük boyutlu veya basitçe yanlış bileşenlerin ortaya çıkmasına neden olur ve bu da kalıcı mühendislik sorunlarına neden olur.

• Mil çapı ve halka deliği: Halkanın iç çapı, şaft boyutuna doğru uyum toleransıyla eşleşmelidir. Sert çelik şaftlar için H7/r6 veya H7/s6 presli geçme standarttır; plastik göbeklerdeki lastik halkalar bunun yerine yapışkanlı birleştirme gerektirebilir.
• Gerekli çözünürlük: Kontrol algoritmasının ihtiyaç duyduğu minimum konum artışını belirleyin. Mevcut halka dış çapı için minimum kutup çifti sayısını hesaplamak üzere bundan geriye doğru çalışın.
• Maksimum hız: birt high RPM, the frequency of the magnetic flux transitions increases proportionally. Confirm that both the ring's remanence and the sensor's bandwidth can handle the maximum electrical frequency — which equals RPM/60 × pole pairs per track.
• Çalışma sıcaklığı aralığı: Curie sıcaklığı ve maksimum servis sıcaklığı, geçici tepe noktaları da dahil olmak üzere en kötü termal ortamı rahatça aşan bir mıknatıs malzemesi seçin.
• Çevresel maruziyet: Halka neme, kimyasallara veya aşınmaya maruz kalacaksa epoksi, nikel kaplama veya Parilen ince film kaplama gibi koruyucu kaplamalara sahip halkaları düşünün. Alaşım oksidasyona duyarlı olduğundan özellikle NdFeB halkaları korozyona karşı koruma gerektirir.
• Sensör eşleştirme: Sensörün çalışma akı yoğunluğu aralığının, amaçlanan kurulum hava boşluğunda halka tarafından üretilen yüzey alanıyla eşleştiğini doğrulayın. Üretici, her halka ürünü için bir akı yoğunluğu-mesafe tablosu sağlamalıdır.

Kalite Test ve Doğrulama Yöntemleri

Çift kodlu manyetik halka gönderilmeden veya kurulmadan önce bir dizi kalite kontrolünden geçmelidir. Doğrulama yapılmadan halkaların kabul edilmesi, motor ve enkoder sistemlerindeki saha arızalarının yaygın bir kaynağıdır.

Akı Yoğunluğu Haritalaması

Kalibre edilmiş bir Gauss ölçer veya akı haritalama cihazı kullanılarak halka artımlı olarak döndürülür ve her kutuptaki en yüksek yüzey akı yoğunluğu kaydedilir. Daha büyük varyasyonlar Nominal değerden ±%5 kutuplar arası dalgalanmalar, çalışma sırasında düzensiz darbe genişliklerine neden olacak eşit olmayan mıknatıslanmayı gösterdikleri için tipik olarak reddedilme nedenleridir.

Kutup Sayımı ve Faz Ofseti Doğrulaması

bir test fixture mounts the ring on a precision spindle with two sensors, and the output is captured on an oscilloscope or logic analyzer while the ring is rotated at a controlled speed. The total pulse count per revolution is verified against the specification, and the phase offset between Track A and Track B is measured. For a 90° electrical offset design, the measured phase difference should fall within ±3° ila ±5° tam halka çevresi boyunca nominal değerin.

Boyutsal Muayene

Bileziğin iç çapı, dış çapı ve salgısı koordinat ölçüm makineleri (CMM) veya hassas delik mastarları kullanılarak ölçülür. Boyutsal sapmalar montaj uyumunu ve hava boşluğu tutarlılığını etkiler; bunların her ikisi de dönüş sırasında sinyal kalitesini doğrudan etkiler.

Çift Kodlu Manyetik Halka Teknolojisinde Yükselen Trendler

Çift kodlu manyetik halka pazarı, elektrikli araçların, endüstriyel otomasyonun ve robot teknolojisinin daha da büyümesiyle birlikte gelişmeye devam ediyor. Çeşitli teknoloji yönelimleri ivme kazanıyor.

birbsolute Magnetic Encoders Using Multi-Period Double Code Rings

Geleneksel çift kod halkaları artımlıdır; konum değişikliklerini sayabilirler ancak bir güç kaybından sonra referans geçişi olmadan mutlak konumu rapor edemezler. Daha yeni tasarımlar, bir indeks darbesine ihtiyaç duymadan bir devir içinde mutlak konum elde etmek için Vernier veya Nonius ilkesini uygulayan, biraz farklı kutup çifti sayılarına sahip iki yol kullanır. Örneğin, A Yolu üzerinde 63 kutup çifti ve B Yolu üzerinde 64 kutup çifti bulunan bir halka, 360° içindeki her açısal konumu benzersiz şekilde tanımlayan bir vuruş modeli oluşturur. Bu yaklaşım, EV güç aktarma organı çözümleyicilerinde ve işbirlikçi robot ortak kodlayıcılarında ilgi görüyor.

Kablosuz ve Nesnelerin İnterneti Algılama Platformlarıyla Entegrasyon

birs industrial IoT adoption accelerates, sensor ICs reading double code magnetic rings are increasingly combined with wireless transmission modules and edge processing chipsets. This allows rotation data to be streamed in real time to condition monitoring platforms without physical wiring to the rotating shaft — a significant advantage in slip-ring-free designs for wind turbine pitch control, mining conveyor drives, and rotating packaging machinery.

Giyilebilir Cihazlar ve Mikro Robotlar için Minyatürleştirme

birdvances in fine-pitch magnetization technology are enabling double code magnetic rings with outer diameters below 10mm Cerrahi robotlarda, drone gimballerinde ve giyilebilir dış iskelet bağlantılarında bulunan mikro çalıştırıcılarda kullanım için. Bu ölçeklerde, yüksek enerji yoğunluğuna sahip bağlı NdFeB malzeme tercih edilir ve daha küçük halka hacmi tarafından oluşturulan daha zayıf alanı okumak için AMR veya TMR (tünel manyeto-dirençli) sensörleri gerekir.