Opciones de retroalimentación para actuadores lineales

Utilizar la retroalimentación para garantizar movimientos precisos es clave en cualquier proyecto de automatización, desde elevadores robóticos hasta elevadores de TV. La implementación adecuada de la retroalimentación permite un control preciso de bucle cerrado de su actuador lineal; ya no es necesario que verifique manualmente que su actuador lineal vaya a la posición correcta. Dado que los actuadores lineales se utilizan normalmente para mover un objeto de una posición a otra, la información más importante que se debe recibir de su actuador es su posición. Los actuadores lineales que tienen retroalimentación de posición normalmente medirán la posición usando uno de los 3 sensores diferentes; potenciómetros, sensores de efecto hall y sensores ópticos.

Potenciómetros

Potenciómetros son resistencias variables que cuando se utilizan en actuadores lineales, su resistencia cambia en función de la posición del actuador. Los potenciómetros constarán de los 3 pines como se muestra a continuación, el pin 1 es el voltaje de entrada, el pin 3 es tierra y el pin 2 es la resistencia ajustable. Puede leer la salida de los potenciómetros midiendo el voltaje entre el pin 2 y tierra, que cambiará a medida que se mueva el actuador. Para efectivamente implementar esta retroalimentación, tendrás que utilizar algún tipo de controlador, como un Arduino, para leer este valor posicional a medida que se mueve el actuador.

Potenciómetro

Una de las mayores fortalezas de un potenciómetro es que proporciona una indicación de la posición absoluta del actuador lineal. Debido a esto, esta retroalimentación puede ser bastante fácil de manejar en el software de un controlador, ya que simplemente puede comparar la lectura de salida actual con la lectura de salida de la posición deseada. Tampoco tendrá que preocuparse nunca por perder la posición de su actuador si apaga su sistema, ya que la resistencia del potenciómetro será la misma independientemente de que esté encendido o no.

Hay algunos inconvenientes de usar potenciómetros para la retroalimentación posicional. Un inconveniente es que la retroalimentación del potenciómetro puede verse afectada por el ruido eléctrico y puede requerir que filtre la señal para lograr resultados estables. La salida del potenciómetro también depende del voltaje de entrada al potenciómetro, lo que puede dificultar la tarea de garantizar que varios actuadores lineales se muevan simultáneamente, ya que la señal de salida puede variar ligeramente debido a cambios leves en el voltaje de entrada. Además, los potenciómetros generalmente no serán tan sensibles a los movimientos más pequeños del actuador lineal, en comparación con las otras opciones de retroalimentación, lo que dificulta los resultados repetibles.

Sensor de efecto Hall

Sensores de efecto Hall trabajo basado en el efecto hall que es el efecto de un campo magnético para producir un voltaje. Los sensores de efecto Hall pueden proporcionar una salida digital o lineal, pero para los actuadores lineales, normalmente utilizan sensores de efecto Hall de salida digital. Cuando estos sensores detectan un campo magnético, producirán un voltaje que puede ser leído por un controlador [1]. Con los actuadores lineales, estos sensores se colocan dentro de la caja de cambios del actuador junto con un disco magnético. A medida que el actuador lineal se mueve, este disco magnético gira y pasa el sensor de efecto Hall que produce un pulso de voltaje. Estos pulsos se pueden utilizar para determinar qué tan lejos se ha movido el actuador. En general, los actuadores lineales que utilizan sensores de efecto Hall para proporcionar retroalimentación posicional especificarán el pulso por pulgada recorrida que puede utilizar para determinar qué tan lejos se mueve el actuador. Por ejemplo, si detectó 6000 pulsos y su actuador tiene un pulso por pulgada recorrida de 12000, eso significa que su actuador se ha movido 0.5 pulgadas.

 Sensor de efecto Hall a través de: https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21798142/understanding-resolution-in-optical-and-magnetic-encoders

La principal desventaja de utilizar un sensor de efecto Hall para la retroalimentación posicional en comparación con un potenciómetro es que los sensores de efecto Hall no miden una posición absoluta. En su lugar, producen pulsos que se pueden contar para determinar qué tan lejos se ha movido el actuador, lo que requiere que sepa dónde comienza el actuador para determinar la posición absoluta. Esto se puede superar en el software de su controlador, como en un Arduino, almacenando la posición actual del actuador y siempre iniciando el actuador desde una posición conocida, como completamente retraído. Esto puede requerir que coloque el actuador en esta posición conocida cada vez que encienda su sistema.

La ventaja de utilizar un sensor de efecto Hall para la retroalimentación posicional es que proporciona una resolución mucho mayor en comparación con la retroalimentación de un potenciómetro. Como puede haber miles de pulsos por pulgada de movimiento, los sensores de efecto Hall brindan precisión y confiabilidad en el posicionamiento de su actuador lineal. Los pulsos también variarán en frecuencia según la velocidad de su actuador lineal, lo que significa que puede usarlos para medir la velocidad de su actuador lineal. Los sensores de efecto Hall también brindan una mayor capacidad para garantizar que múltiples actuadores lineales se muevan juntos simultáneamente, ya que los conteos de pulsos son más precisos que el voltaje cambiante del potenciómetro. Utilizando nuestro Controlador de actuador FA-SYNC-X, incluso puede asegurarse de que los actuadores se muevan al unísono independientemente de la carga.

Sensor óptico

Sensores ópticos que se utilizan en los actuadores lineales (hay otro tipo de sensores ópticos) funcionan de manera muy similar a los sensores de efecto Hall excepto que detectan la luz mediante un fotodetector [2]. Los sensores ópticos funcionan haciendo pasar la luz de un LED o alguna otra fuente de luz a través de un disco codificador. Este disco codificador está ranurado para permitir que la luz lo atraviese periódicamente. En el otro lado del disco está el fotodetector, que detecta la luz cuando pasa por las ranuras del disco y crea una señal de salida [3]. A medida que el actuador se mueve, el disco codificador gira y el fotodetector detecta la luz que produce un pulso de voltaje. Estos pulsos se pueden usar de manera similar a los pulsos de un sensor de efecto Hall para determinar qué tan lejos se ha movido el actuador. Los actuadores lineales que usan sensores ópticos para la retroalimentación posicional también especificarán el pulso por pulgada recorrida que puede usar para determinar qué tan lejos se mueve el actuador.

 Sensor óptico

Los sensores ópticos, nuevamente, tienen fortalezas e inconvenientes similares a los sensores de efecto Hall en comparación con los potenciómetros. Tienen mayor precisión y resolución, incluso mayor que los sensores de efecto Hall, y pueden usarse para medir la velocidad del actuador lineal. También son mejores para garantizar que sus múltiples actuadores lineales se muevan simultáneamente y puedan hacer uso de la Controlador de actuador FA-SYNC-X. Tampoco miden la posición absoluta y en su lugar requieren que cuente el pulso para determinar qué tan lejos se ha movido su actuador. También deberá comenzar en una posición conocida, ya que deberá guardar la posición actual en el software para realizar un seguimiento de la posición absoluta.

Resumen

Su elección del tipo de retroalimentación que desea de su actuador lineal dependerá de lo que crea que es más importante para su aplicación. ¿Necesita un alto nivel de precisión? Elija un actuador lineal con sensor óptico o de efecto Hall. ¿No quiere tener que configurar su actuador en una posición inicial cada vez que lo enciende? Luego vaya con un actuador lineal con un potenciómetro. ¿Quiere controlar varios actuadores lineales simultáneamente? Elija un actuador lineal con sensor óptico o de efecto Hall. ¿Quiere que sus comentarios proporcionen una posición absoluta? Vaya con un actuador lineal con un potenciómetro.

 

[1] Monari, G. (junio de 2013) Comprensión de la resolución en codificadores ópticos y magnéticos. Obtenido de: https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21798142/understanding-resolution-in-optical-and-magnetic-encoders

[2] Paschotta, R. Artículo sobre sensores ópticos. Obtenido de:https://www.rp-photonics.com/optical_sensors.html

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