המצאתם מחדש של האנקודרים הסיבוביים האבסולוטיים

עיצוב אנקודר חדש מספק את הרזולוציה והדיוק הגבוהים של אנקודרים אופטיים אבסולוטיים עם הקשיחות והקומפקטיות של אנקודרים מגנטיים
sensAR, האנקודר הסיבובי המגנטי החדש שפותח על ידי סרווטרוניקס משיג את הרזולוציה והדיוק הגבוהים של אנקודרים אבסולוטיים אופטיים במוצר יותר קומפקטי, קשיח ועמיד. כוחו של האנקודר נובע מדפוס לא-מחזורי ומשיטת הערכת אות, הרשומה כפטנט, המספקים קוד גריי ומיקומים אבסולוטיים בעלי רזולוציה גבוהה מתוך מסילה מעגלית בודדת.

אנקודרים סיבוביים אופטיים
אנקודרים אינקרמנטליים רגילים מתוכננים עם דסקית בעלת מסילה מעגלית בודדת או כפולה. כל מסילה מורכבת מדפוס של שנתות שקופות או אטומות במרחקים שווים. קרן אור העוברת דרך הדסקית מזוהה על ידי חיישן אופטי המפיק פעימות במרווחים שווים עם סיבוב הדסקית. בתצורה בעלת שתי מסילות, כמוצג באיור 1, מותקנת כל מסילה עם זוג חיישנים פולטי אור. שני החיישנים יוצרים שני אותות אנלוגיים סינוסואידיים בעלי הפרש פאזה. בתצורה בעלת מסילה בודדת, נוצרים בו זמנית שני אותות על ידי שני חיישנים הממוקמים באופסט של רבע מחזור. אותות אנלוגיים אלו מומרים לאחר מכן לאותות דיגיטליים (גלים מרובעים) שבהם מוביל ערוץ אחד על פני האחר ב-90 מעלות. על ידי מעקב אחר הפרש הפאזה בין שני ערוצי המוצא ניתן לקבוע את כיוון הסיבוב.
אנקודרים אופטיים הם בדרך כלל בעלי דפוס אינקרמנטלי המכיל מספר (n) מקטעים מחזוריים, בין 250 לכמה אלפים, במרווחים שווים סביב הדסקית. תהליך הפיכת האות לדיגיטלי מפיק 4Xn ספירות לכל סיבוב. הערכים האנלוגיים של שני האותות משמשים לחישוב המיקום המדויק בתוך מחזור אחד של הדפוס האינקרמנטלי ומשיגים בכך מיקום אינקרמנטלי ברזולוציה גבוהה. אולם כדי לקבל מיקום אבסולוטי על פי סיבוב אחד יש לדעת את המיקום ההתחלתי.
כדי לקבוע מיקומים אבסולוטיים, הדסקית של האנקודר הסיבובי כוללת מסילה אבסולוטית נוספת בעלת דפוס קוד בינארי. דוגמה מוצגת באיור 2. המסילה האבסולוטית מורכבת מקטעים באורך שונה בהתאם לעיצוב הדפוס. כל קטע מורכב מכמות שנתות, המוגדרות על ידי הרזולוציה. על

הרזולוציה של המסילה האבסולוטית להיות גבוהה כמו הרזולוציה של המסילה האינקרמנטלית.
כדי לקרוא את המסילה האבסולוטית קוראים מספר חיישנים את השנתות הרציפות של הדפוס. על המרחק בין חיישנים סמוכים להיות שווה לשנתות של המסילה האבסולוטית או לאורך המקטע המחזורי של המסילה האינקרמנטלית. בשל ממדיהם הקטנים של חיישנים אלו, מותקנים בדרך כלל חיישנים אופטיים מיניאטוריים ומותאמים אישית כמערך חיישנים על גבי שבב מוליך-למחצה. איור 3 מציג דוגמה לסידור החיישנים באנקודר אבסולוטי.

אותות המוצא ממערך החיישנים מספקים קוד גריי, קוד בינארי שבו שני ערכים עוקבים נבדלים על ידי סיבית אחת. משום שקודי המיקום האינקרמנטליים נבדלים על ידי סיבית אחת בלבד, מונע קוד הגריי טעויות קוד במעבר בין מיקומים.

אנקודרים סיבוביים מגנטיים
יתרונם של אנקודרים מגנטיים, המבוססים על אותם העקרונות של אנקודרים אינקרמנטליים, הוא שהם קשיחים יותר מאנקודרים אופטיים, ורגישים פחות לזעזועים, לרעידות ולניגוע. הם גם עמידים יותר ואינם סובלים מירידה בתפקוד של דיודות פולטות אור. אף על פי כן, מכיוון שהשדה המגנטי נחלש במהירות ככל שהמרחק מפני השטח המגנטיים גדל, מספר המקטעים המחזוריים של הדפוס אינו עולה על כמה עשרות. בנוסף, כאשר אורך המקטע המחזורי קטן מאד, על החיישן המגנטי להיות קרוב מאד לפני השטח המגנטי כדי לחוש במעבר. אנקודרים מגנטיים מפצים בדרך כלל על מספר המחזורים הקטן שלהם באמצעות עיבוד אנלוגי ברזולוציה גבוהה יותר. התוצאה היא רגישות רבה יותר לרעש חשמלי. בנוסף, האות במחזור בודד מדויק פחות ולכן הדיוק הכללי של אנקודרים מגנטיים נחות בהשוואה לאנקודרים אופטיים.
לאנקודרים מגנטים ולאנקודרים אופטיים מספר חסרונות. הם זקוקים לשתי מסילות לפחות ולמערך של חיישנים כדי לקבוע את המיקום האבסולוטי של הדסקית המסתובבת. במיוחד באנקודרים מגנטיים, קשה לסדר שני דפוסים מגנטיים מעגליים על גבי הדסקית. הן באנקודרים אופטיים והן באנקודרים מגנטיים אבסולוטיים אמינות זיהוי המיקום תלויה רבות בדיוק של הקרנת הקוד על מערך החיישנים. בשל הסיבולת הממדית הנמוכה של מסילות הקוד, ייצורן של דסקיות לאנקודרים אבסולוטיים דורש דיוק רב וגודלן אינו יכול להיות קטן מדי. בשל כך לאנקודרים אבסולוטיים 256 קטעים בדרך כלל, בעוד שלאנקודרים אינקרמנטליים בגודל דומה 1024 שנתות בדרך כלל.

עיצוב חדש לאנקודרים סיבוביים אבסולוטיים מגנטיים
האנקודר הסיבובי האבסולוטי המגנטי החדש שפותח על ידי סרווטרוניקס מתגבר על רבים מהחסרונות של אנקודרים אבסולוטיים רגילים.
עיצובו של האנקודר של סרווטרוניקס מוצג באיור מס’ 4. מספר מגנטים קבועים בגדלים שונים ממוקמים לאורך הקצה החיצוני של הדסקית במסילה מעגלית בודדת ויוצרים מסילת קוד מגנטי שדפוסה אינו מחזורי. חיישנים מגנטיים (Hall) מחוברים לחלק נייח של האנקודר במרחקים שווים זה מזה ומסודרים במעגל בקרבת מסילת הקוד המגנטי.
אלגוריתם רשום כפטנט משמש בעיצוב של סרווטרוניקס ליצירת קוד גריי בעל מספר מיקומים מירבי למספר חיישנים נתון על פי דפוס לא מחזורי של מסילת קוד מגנטית בודדת. בנוסף, אותות המוצא האנלוגיים של החיישנים מספקים מיקום אבסולוטי ישיר ברזולוציה גבוהה ללא צורך בקריאות אינקרמנטליות נוספות. החיישנים מפיקים אותות חשמליים ביחס ישיר לעצמת השדה המגנטי שנוצר על ידי המגנט שמולם. אותות אנלוגיים אלו מומרים תחילה לאותות דיגיטליים על ידי השוואתם לערך סף ובכך יוצרים קוד גריי המתאר מיקום מדויק ברזולוציה נמוכה. תצורה של שבעה חיישנים ושבעה מגנטים, לדוגמה, יוצרת קוד גריי המזהה 98 מיקומם. כדי להשיג רזולוציה אבסולוטית גבוהה יותר משמשת שיטה רשומה נוספת להערכת אות. שני אותות אנלוגיים נקשרים לכל קוד גריי על פי לוח אותות שנקבע מראש. המיקום האבסולוטי של הדסקית תואם לערך המיקום הקבוע בלוח מיקומים רשומים מראש עבור האות האנלוגי שערכו הקרוב ביותר לסף. בפועל, הטכנולוגיה של סרווטרוניקס משיגה רזולוציה של 20 סיביות באמצעות ממיר אנלוגי לדיגיטלי של 12 סיביות ותצורה של שבעה מגנטיים.

סדרת האנקודרים הסיבוביים ™sensAR
לאחרונה השיקה סרווטרוניקס את עיצוב האנקודרים החדש שלה בסדרת האנקודרים הסיבוביים sensAR. האנקודר האבסולוטי המגנטי הראשון בסדרה זו מציע רזולוציה של 20 סיביות ודיוק של ±0.02°. האנקודר זמין תחילה בקוטר של 36 מ”מ ובגובה של 28 מ”מ. הפשטות היא היתרון העיקרי של אנקודר חדש זה, שמייצר קוד גריי ממסילה בודדת, בשונה מאנקודרים אבסולוטיים אחרים הזקוקים לשתי מסילות לפחות ולמערך של חיישנים מותאמים אישית. רזולוציה גבוהה מתקבלת באמצעות הערכת אות רשומה כפטנט, במקום קריאות אינקרמנטליות ברזולוציה גבוהה המשמשות בדרך כלל באנקודרים אבסולוטיים, ושהופכות אותם לגדולים ולמורכבים יותר. בנוסף, העיצוב המכאני, העושה שימוש בחיישני מדף מסוג Hall ואינו דורש מערך חיישנים מיניאטורי מיוחד, מספק אנקודר שעלותו כלכלית.
חיישני sensAR מורכבים ממספר מועט של חלקים מכאניים ללא רכיבים אופטיים, ולכן הם רגישים פחות לניגוע ומסוגלים לפעול במהימנות בסביבות מלוכלכות, מאובקות או לחות, ובטווח טמפרטורות של -20° עד 115° צלזיוס. אנקודרים אלו מסוגלים להתמודד גם עם סטיות סיבולת מכאנית של גל המנוע עם תנועה צירית ורדיאלית של ±0.3 מ”מ ושל ±0.025 מ”מ בהתאמה. בנוסף, בשל העדר רכיבים אופטיים ומסבים עמידות האנקודר גבוהה והוא אינו זקוק לתחזוקה. גם במהירויות סיבוביות של עד 10,000 סל”ד ותאוצה זוויתית של עד 100,000 רדיאן/שנייה בריבוע, לחיישן sensAR חיי שירות ארוכים (זמן ממוצע בין תקלות ב-80° צלזיוס: 788,400 שעות). הקשיחות של חיישני ה-sensAR הופכת אותם למהימנים במיוחד ביישומים החשופים לזעזועים רבים, לדוגמה, בשל עצירות חרום, או לרמת רעידות גבוהה כמו בתעשיות הכרייה, פלדה, בטון ונייר.

ד”ר מרקוס ארליך הינו סמנכ”ל שיווק בחברת סֶרְווֹטְרוֹנִיקְס בקרת הנע בע”מ