Opções de feedback para atuadores lineares

Utilizar feedback para garantir movimentos precisos é fundamental em qualquer projeto de automação, desde elevadores robóticos a elevadores de TV. A implementação adequada de feedback permite o controle preciso de malha fechada de seu atuador linear; não é mais necessário verificar manualmente se o atuador linear vai para a posição correta. Como os atuadores lineares são normalmente usados ​​para mover um objeto de uma posição para outra, o feedback mais importante para receber de seu atuador é sua posição. Atuadores lineares que têm feedback posicional geralmente medem a posição usando um dos 3 sensores diferentes; potenciômetros, sensores de efeito Hall e sensores ópticos.

Potenciômetros

Potenciômetros são resistores variáveis ​​que, quando usados ​​em atuadores lineares, sua resistência muda com base na posição do atuador. Os potenciômetros consistirão em 3 pinos conforme mostrado abaixo, o pino 1 é a tensão de entrada, o pino 3 é o terra e o pino 2 é o resistor ajustável. Você pode ler a saída dos potenciômetros medindo a tensão entre o pino 2 e o terra, que mudará conforme o atuador se move. Para efetivamente implementar este feedback, você precisará fazer uso de algum tipo de controlador, como um Arduino, para ler este valor posicional conforme o atuador se move.

Potenciômetro

Um dos maiores pontos fortes de um potenciômetro é que ele fornece uma indicação da posição absoluta do atuador linear. Por causa disso, esse feedback pode ser bastante fácil de manipular no software de um controlador, pois você pode simplesmente comparar a leitura de saída atual com a leitura de saída de sua posição desejada. Você também nunca terá que se preocupar em perder a posição do seu atuador se desligar o sistema, pois a resistência do potenciômetro será a mesma, independentemente de estar alimentado ou não.

Existem algumas desvantagens de usar potenciômetros para feedback posicional. Uma desvantagem é que o feedback do potenciômetro pode ser afetado por ruído elétrico e pode exigir que você filtre o sinal para obter resultados estáveis. A saída do potenciômetro também depende da tensão de entrada para o potenciômetro, o que pode tornar difícil garantir que vários atuadores lineares se movam simultaneamente, pois o sinal de saída pode variar ligeiramente devido a pequenas mudanças na tensão de entrada. Além disso, os potenciômetros geralmente não serão tão sensíveis a movimentos menores do atuador linear, em comparação com as outras opções de feedback, tornando os resultados repetíveis mais difíceis.

Sensor de efeito Hall

Sensores de efeito Hall trabalho baseado no efeito hall, que é o efeito de um campo magnético para produzir uma voltagem. Sensores de efeito Hall podem fornecer uma saída digital ou linear, mas para atuadores lineares, eles normalmente usam sensores de efeito Hall de saída digital. Quando esses sensores detectam um campo magnético, eles produzem uma tensão que pode ser lida por um controlador [1]. Com atuadores lineares, esses sensores são posicionados dentro da caixa de engrenagens do atuador junto com um disco magnético. Conforme o atuador linear se move, este disco magnético gira e passa pelo sensor de efeito Hall, que produz um pulso de voltagem. Esses pulsos podem ser usados ​​para determinar quão longe o atuador se moveu. Geralmente, os atuadores lineares que usam sensores de efeito Hall para fornecer feedback posicional irão especificar o pulso por polegada percorrida que você pode usar para determinar a distância que o atuador se move. Por exemplo, se você detectou 6.000 pulsos e seu atuador tem um pulso por polegada percorrida de 12.000, isso significa que seu atuador se moveu 0,5 polegada.

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

A principal desvantagem de usar um sensor de efeito Hall para feedback posicional em comparação com um potenciômetro é que os sensores de efeito Hall não medem uma posição absoluta. Em vez disso, eles produzem pulsos que podem ser contados para determinar o quão longe o atuador se moveu, o que requer que você saiba onde o atuador começa para determinar a posição absoluta. Isso pode ser superado no software do seu controlador, como em um Arduino, armazenando a posição atual do atuador e sempre iniciando o atuador de uma posição conhecida, como totalmente retraída. Isso pode exigir que você coloque o atuador nesta posição conhecida sempre que ligar o sistema.

A vantagem de usar um sensor de efeito Hall para feedback posicional é que ele fornece uma resolução muito maior em comparação com o feedback de um potenciômetro. Como pode haver 1000s de pulsos por polegada de movimento, os sensores de efeito Hall fornecem precisão e confiabilidade no posicionamento do seu atuador linear. Os pulsos também variam em frequência com base na velocidade de seu atuador linear, o que significa que você pode usá-los para medir a velocidade de seu atuador linear. Os sensores de efeito Hall também fornecem maior capacidade de garantir que vários atuadores lineares se movam juntos simultaneamente, já que as contagens de pulso são mais precisas do que a variação da tensão do potenciômetro. Utilizando nosso Controlador de atuador FA-SYNC-X, você pode até mesmo garantir que os atuadores se movam em uníssono, independentemente da carga.

Sensor óptico

Sensores Ópticos que são usados ​​em atuadores lineares (existem outros tipos de sensores ópticos) funcionam muito semelhantes aos sensores de efeito Hall, exceto que detectam luz usando um fotodetector [2]. Os sensores ópticos funcionam fazendo com que a luz de um LED ou de alguma outra fonte de luz seja passada por um disco codificador. Este disco codificador tem fenda para permitir que a luz passe por ele periodicamente. Do outro lado do disco está o fotodetector, que detecta a luz quando ela passa pelas ranhuras do disco e cria um sinal de saída [3]. Conforme o atuador se move, o disco codificador gira e a luz é detectada pelo fotodetector que produz um pulso de tensão. Esses pulsos podem ser usados ​​de forma semelhante aos pulsos de um sensor de efeito Hall para determinar quão longe o atuador se moveu. Atuadores lineares que usam sensores óticos para feedback posicional também especificarão o pulso por polegada percorrido que você pode usar para determinar a distância que o atuador se move.

 Sensor óptico

Sensores ópticos, novamente, têm pontos fortes e desvantagens semelhantes aos sensores de efeito Hall quando comparados aos potenciômetros. Eles têm maior precisão e resolução, ainda maiores do que os sensores de efeito Hall, e podem ser usados ​​para medir a velocidade do atuador linear. Eles também são melhores em garantir que seus vários atuadores lineares se movam simultaneamente e podem fazer uso do Controlador de atuador FA-SYNC-X. Eles também não medem a posição absoluta e, em vez disso, exigem que você conte o pulso para determinar o quanto o atuador se moveu. Você também precisará começar em uma posição conhecida, pois precisará salvar a posição atual no software para manter o controle da posição absoluta.

Resumo

Sua escolha do tipo de feedback que deseja de seu atuador linear dependerá do que você acha mais importante para sua aplicação. Você precisa de um alto nível de precisão? Escolha um atuador linear com sensor óptico ou de efeito Hall. Você não quer ter que definir o seu atuador para uma posição inicial toda vez que você ligá-lo? Então vá com um atuador linear com um potenciômetro. Você deseja controlar vários atuadores lineares simultaneamente? Escolha um atuador linear com sensor óptico ou de efeito Hall. Você quer que seu feedback forneça uma posição absoluta? Vá com um atuador linear com um potenciômetro.

 

[1] Monari, G. (junho de 2013) Compreendendo a resolução em codificadores óticos e magnéticos. Obtido de: https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21798142/understanding-resolution-in-optical-and-magnetic-encoders

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

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