La tecnología de los encoders

por el 28 de junio del 2021 en Detección Noticias Blog

1. ¿Qué es un encoder?

A grandes rasgos un “encoder” es un dispositivo que genera una señal eléctrica mediante la cual proporciona la posición angular, velocidad de rotación o aceleración de un eje.

Existen multitud de aplicaciones en las que tienen cabida este tipo de dispositivos…

Existen varios principios de funcionamiento de un encoder, aunque los más comunes son el principio óptico y el principio magnético, tanto para encoders que registran la posición exacta del eje en todo momento (encoders absolutos) como para aquellos que registran incrementos del movimiento del eje dependiendo de su resolución (encoders incrementales).

1.1 Encoders incrementales con principio óptico

El principio de funcionamiento de un encoder incremental óptico se basa en un emisor de luz, un disco de metal perforado o un disco de cristal marcado, y un fotodiodo receptor al otro lado del disco.

Dependiendo de la resolución necesitada o número de pulsos (ppr – pulses per revolution) de la aplicación, dicho disco dispondrá de un número de perforaciones o marcas determinado.

1.2 Encoders incrementales con principio magnético

Por otro lado, los encoders incrementales magnéticos están basados en el efecto hall, que consiste en la producción de una diferencia de voltaje a través de un conductor transversal a una corriente que circula por el conductor en medio de un campo magnético perpendicular a la corriente.

De esta manera, podemos montar un imán diametral anclado al eje de giro y varios sensores hall debajo de manera que nos darán también una señal conforme el eje del encoder vaya moviéndose.

1.3 QattroMag® para encoders absolutos monovuelta 

Esta tecnología se basa en 4 sensores Hall usados juntamente con un algoritmo patentado, que calcula el campo magnético generado por un imán dispuesto diametralmente de modo que cualquier interferencia entre las señales Hall se cancelan mutuamente. Esta tecnología, reservada antes exclusivamente al campo de los sistemas ópticos, está ahora disponible para aplicaciones dinámicas y de alta precisión.

1.4 EnDra® para encoders absolutos multivuelta

Un encoder absoluto envía un valor de posición del eje en una vuelta, para máquinas de producción o empaquetado, por ejemplo. Si se desea registrar el valor absoluto más allá de una vuelta, el número de vueltas también debe ser almacenado, además de la posición dentro de la propia vuelta. Esto es posible gracias a los encoder multivuelta. La información de la posición se envía habitualmente a un controlador usando un protocolo a través de un interfaz inteligente (por ej. PROFINET, EtherCAT, CAN…)  El movimiento de rotación de la aplicación proporciona energía mecánica al encoder. Si fuera posible convertir este movimiento en la energía eléctrica suficiente para escribir el número de vueltas en un medidor eléctrico, esto proporcionaría un medidor energéticamente autosuficiente para el contador de vueltas. Un dínamo no funcionaría, ya que hasta las rotaciones más pequeñas pueden suceder a baja velocidad.

Principio funcional de la tecnología multivuelta de Endra®

Un cable Wiegand consiste en un manguito magnético duro y en un núcleo magnético blando. La posición absoluta por vuelta (monovuelta) se mide con un imán en el eje rotativo y cuatro sensores Hall. Si el campo del imán se mueve a lo largo del cable Wiegand al rotar el eje, el campo magnético del núcleo blando es forzado a seguir al campo primero, obligado por el campo magnético del manguito magnético.

Un diferencial de fuerza magnética cada vez mayor se crea en el cable. Tan pronto como en campo externo llega a la fuerza del campo coactivo del manguito, éste se desmagnetiza, y la tensión acumulada en el núcleo se libera de repente. Este pulso, que es independiente de la velocidad, se genera dos veces por vuelta, y se convierte en un pulso eléctrico empleado una bobina. Estos pulsos generan suficiente energía para alimentar una memoria FRAM de bajo consumo, y también dan información sobre el número de vueltas.

No se requiere energía adicional para el recuento del nº de vueltas. Ventajas:

  • Sin pilas.
  • Sin desgaste ni mantenimiento
  • Diseño más compacto, ligero
  • Menos componentes (menor posibilidad de fallos)
  • Bajo consumo energético

2. Mecánicas del encoder

2.1 Opciones mecánicas en encoders de eje saliente

2.2 Opciones mecánicas en encoders de eje hueco

3. Comunicaciones en encoders absolutos

Los encoders absolutos utilizan un bus de comunicación digital:

El encoder universal con Ethernet Industrial permite importar el protocolo requerido en cualquier momento, a través de la web que incorpora el propio encoder. Sin herramientas o adaptadores de programación, simplemente con un ordenador con una tarjeta de red cuya dirección IP pueda ponerse a mano, y un navegador web cualquiera. Es un proceso de menos de 5 minutos.

Protocolos compatibles:

  • SAE J1939 – Una de las normas de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) para el envío de datos por un bus CAN bus en sistemas de automoción.
  • CANopen – Protocolo de comunicaciones de alto nivel, para uso industrial, basado en el bus CAN, y desarrollado por CiA (CAN in Automation).
  • CANopen Lift – CANopen para la industria del elevador.
  • SSI – Interfaz en serie ampliamente utilizada entre un sensor de posición absoluta y un controlador
  • RS485 – Sistema de bus diferencial multipunto, ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (10 Mbit/s hasta 12 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a través de canales ruidosos.
  • PROFIBUS – Estándar de comunicaciones para bus de campo (PROcess Field BUS)
  • PROFINET – Protocolo de comunicación Ethernet industrial basado en estándares abiertos TCP/IP e IT (Process Field Network)
  • EtherCAT – Protocolo informático de código abierto y alto rendimiento creado para utilizar protocolos de Ethernet en un entorno industrial.

4. Aplicaciones de los encoders

4.1 Se usan en vehículos guiados, para el control de:

  1. Movimientos giratorios
  2. Elevación
  3. Velocidad

 

El encoder redundante de Wachendorff proporciona seguridad adicional debido a su inmunidad a interferencias, a sus 2 encoder completos en un mismo cuerpo y a la diversificación de principios de medida al incorporar 2 tipos: óptico y magnético.

WDGR 58B

4.2 Sistemas de medición de longitud y velocidad

Medición de longitud de aluminio enrrollado.

4.3 Sistema de medición con cable

Para detectar posiciones, velocidades y distancias recorridas en, poe ejemplo, brazos de grúas, cilindros hidráulicos o transportadores de tornillo.

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