Cuando se trata de control de movimiento de precisión, un codificador es un componente esencial que transforma el movimiento mecánico en señales eléctricas. Utilizados en muchas aplicaciones, como equipos de automatización, control de procesos industriales o robótica, los codificadores proporcionan datos sobre posición, velocidad, distancia y dirección. Hay tres tecnologías de codificadores principales en el mercado para elegir: magnética, óptica y capacitiva. Este artículo describe los principios operativos de cada tecnología y destaca algunas de las ventajas inherentes de la tecnología de codificadores capacitivos.
Características de las tecnologías de codificadores primarios
Codificadores magnéticos
Compuesto por un disco magnetizado giratorio con polos alternos y un sensor de efecto Hall o magnetoresistivo, un codificador magnético funciona mediante la detección de cambios en los campos de flujo magnético. El codificador magnético es resistente y se adapta muy bien a golpes y vibraciones, sin verse afectado por la entrada de aceite, suciedad y humedad. Por el lado negativo, son susceptibles a la interferencia magnética causada por motores eléctricos y tienen un rango de temperatura de operación viable limitado. Si bien se han realizado muchas mejoras en los codificadores magnéticos, generalmente ofrecen una resolución y precisión más bajas que las alternativas ópticas y capacitivas.
Codificadores ópticos
En comparación con un codificador magnético, un codificador óptico puede ofrecer mayor resolución y mayor precisión. Un codificador óptico consiste en una fuente de iluminación LED (comúnmente infrarroja) y fotodetectores ubicados en lados opuestos de un disco codificador hecho de vidrio o plástico. El disco codificador contiene una serie de líneas o ranuras transparentes y opacas alternas. A medida que el disco gira, el encendido y apagado de la luz a través de las ventanas proporciona los característicos pulsos de cuadratura de onda cuadrada A y B. Aunque los codificadores ópticos han dominado el mercado de control de movimiento durante décadas, estos dispositivos también tienen desventajas inherentes. Debido a que un codificador óptico depende de la "línea de visión", son particularmente susceptibles al polvo, la suciedad y el aceite. Los discos ópticos se construyen comúnmente con vidrio o plástico, lo que los hace propensos a sufrir daños por vibraciones y temperaturas extremas, así como a la contaminación durante el proceso de ensamblaje en un motor. En funcionamiento, un codificador óptico también consume corriente de más de 100 mA y su vida útil está limitada en última instancia por el LED.
Codificadores capacitivos
Un codificador capacitivo se compone de tres componentes principales: un rotor, un transmisor estacionario y un receptor estacionario. El rotor contiene un patrón sinusoidal y, a medida que gira, la señal de referencia de alta frecuencia del transmisor se modula de manera predecible. El codificador detecta los cambios en la capacitancia-reactancia en la placa del receptor y los traduce mediante un algoritmo de demodulación, en incrementos de movimiento giratorio.
Comparación de discos codificadores capacitivos, ópticos y magnéticos
Ventajas de los codificadores capacitivos
Derivados de los mismos principios utilizados en los calibradores digitales, los codificadores capacitivos tienen un excelente historial desde que CUI Devices lanzó la primera generación en 2006. La serie AMT ha demostrado ser altamente confiable y precisa, al resolver muchos problemas de aplicaciones experimentados en tecnologías ópticas y magnéticas. Un codificador capacitivo es más resistente que un codificador óptico y tolera una variedad de contaminantes ambientales como el polvo, la suciedad y el aceite. Los codificadores capacitivos también soportan mucho mejor las vibraciones y temperaturas extremas. Además, sin LED, tiene una vida útil más larga, una huella más pequeña y un consumo de energía más bajo (6 a 18 mA) que un codificador óptico. Inmune a la interferencia magnética y al ruido eléctrico, es tan resistente como un codificador magnético, pero ofrece mayor precisión y mayor resolución.
Dada su naturaleza digital, los codificadores capacitivos también ofrecen una mayor flexibilidad, lo que permite a los usuarios cambiar la resolución del codificador. Con otras tecnologías, el disco codificador determina la resolución. Esto significa que debe cambiarse un codificador óptico o magnético cada vez que se necesita una resolución distinta. Las resoluciones programables disponibles en los codificadores capacitivos no solo son útiles para la optimización del sistema, particularmente al diseñar el bucle de control PID, sino que pueden reducir la retención de inventario, ya que un modelo puede usarse en múltiples aplicaciones. La tecnología capacitiva también permite la capacidad de establecer digitalmente el pulso de índice y la alineación del codificador para la conmutación BLDC, mientras que sus capacidades de diagnóstico integradas brindan a los diseñadores acceso a datos valiosos del sistema para una rápida resolución de problemas en terreno.
Comparación de las compensaciones entre las tecnologías de codificadores
Resolución de las compensaciones
Independientemente de los requisitos del sistema, un codificador capacitivo proporciona una alternativa versátil, rentable y confiable a las tecnologías de detección ópticas o magnéticas. La codificación capacitiva no solo brinda un rendimiento superior en términos de precisión y confiabilidad en prácticamente cualquier condición ambiental, sino que su operación digital inherente también brinda programabilidad y capacidades de diagnóstico mejoradas, a la vez que sigue siendo compatible con la funcionalidad tradicional del codificador.