Pour le contrôle de mouvement de précision, un codeur constitue un composant essentiel qui traduit le mouvement mécanique en signaux électriques. Utilisés dans de nombreuses applications telles que les équipements d'automatisation, le contrôle de processus industriels ou la robotique, les codeurs fournissent des données sur la position, la vitesse, la distance et la direction. Trois principales technologies de codage sont proposées sur le marché : magnétique, optique et capacitive. Cet article décrit les principes de fonctionnement de chaque technologie et présente les avantages inhérents à la technologie du codeur capacitif.
Caractéristiques des technologies de codage primaires
Codeurs magnétiques
Composé d'un disque magnétisé en rotation avec des pôles alternés et un capteur à effet Hall ou magnétorésistif, un codeur magnétique détecte les modifications de champs de flux magnétiques. Le codeur magnétique est robuste et résiste très bien aux chocs et aux vibrations, sans être affecté par la pénétration d'huile, de saleté et d'humidité. En revanche, ils sont sensibles aux interférences magnétiques causées par les moteurs électriques et présentent une plage de température de fonctionnement viable limitée. Bien que de nombreuses améliorations aient été apportées aux codeurs magnétiques, ils offrent généralement une résolution et une précision inférieures à celles des alternatives optiques et capacitives.
Codeurs optiques
Comparé à un codeur magnétique, un codeur optique peut offrir une résolution et une précision supérieures. Un codeur optique est constitué d'une source de lumière DEL (généralement infrarouge) et de photodétecteurs situés sur les côtés opposés d'un disque de codeur en verre ou en plastique. Le disque codeur contient une série de lignes ou de fentes alternées transparentes et opaques. Lorsque le disque tourne, le passage de la lumière à travers les fenêtres fournit les impulsions de quadrature A et B typiques des ondes carrées. Bien que les codeurs optiques dominent le marché de la commande de mouvement depuis des décennies, ces dispositifs présentent également des inconvénients inhérents. Comme un codeur optique repose sur une « ligne de visée », il est particulièrement sensible à la poussière, à la saleté et à l'huile. Les disques optiques sont généralement construits en verre ou en plastique, ce qui les rend susceptibles d'être endommagés par les vibrations et les températures extrêmes, ainsi que par la contamination lors du processus d'assemblage sur un moteur. En fonctionnement, un codeur optique consomme également un courant supérieur à 100 mA et sa durée de vie est limitée par la DEL.
Codeurs capacitifs
Un codeur capacitif est composé de trois composants principaux : un rotor, un émetteur fixe et un récepteur fixe. Le rotor contient un modèle sinusoïdal et, lors de sa rotation, le signal de référence haute fréquence de l'émetteur est modulé de manière prévisible. Le codeur détecte les changements de capacité-réactance sur la carte de réception et les traduit, en utilisant un algorithme de démodulation, en incréments de mouvement rotatif.
Comparaison de disques codeurs capacitifs, optiques et magnétiques
Avantages des codeurs capacitifs
Dérivés des mêmes principes que ceux utilisés dans les compas numériques, les codeurs capacitifs ont fait leurs preuves depuis le lancement de leur première génération par CUI Devices en 2006. La série AMT s'est révélée à la fois extrêmement fiable et précise, résolvant de nombreux problèmes d'application rencontrés dans les technologies optiques et magnétiques. Un codeur capacitif est plus robuste qu'un codeur optique et tolère une large variété de contaminants environnementaux tels que la poussière, la saleté et l'huile. Les codeurs capacitifs résistent également beaucoup mieux aux vibrations et aux températures extrêmes. De plus, sans DEL, sa durée de vie, son encombrement et sa consommation de courant (6 à 18 mA) sont supérieurs à ceux d'un codeur optique. Immunisé contre les interférences magnétiques et les bruits électriques, il est aussi robuste qu'un codeur magnétique, mais offre une plus grande précision et une résolution supérieure.
Étant donné leur nature numérique, les codeurs capacitifs offrent également une flexibilité accrue, permettant aux utilisateurs de modifier leur résolution. Avec d'autres technologies, la résolution est déterminée par le disque du codeur. Un codeur optique ou magnétique doit donc être remplacé chaque fois qu'une résolution différente est requise. Les résolutions programmables disponibles dans les codeurs capacitifs sont non seulement utiles pour l'optimisation du système, notamment lors de la conception de la boucle de régulation PID, mais peuvent également réduire le volume des stocks, puisqu'un même modèle peut être utilisé dans plusieurs applications. La technologie capacitive permet également de définir numériquement l'impulsion d'index et l'alignement du codeur pour la commutation BLDC, tandis que ses fonctionnalités de diagnostic intégrées apportent aux concepteurs un accès à des données système précieuses pour un dépannage rapide sur le terrain.
Comparaison des compromis entre technologies de codeurs
Résolution des compromis
Quelles que soient les exigences du système, un codeur capacitif constitue une alternative polyvalente, rentable et fiable aux technologies de détection optique ou magnétique. Le codage capacitif offre non seulement des performances supérieures en termes de précision et de fiabilité dans pratiquement toutes les conditions environnementales, mais son fonctionnement numérique inhérent offre également une programmabilité et des capacités de diagnostic améliorées, tout en restant compatible avec les fonctionnalités de codage traditionnelles.