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--有些磁編為什麼能夠在強磁場干擾環境下,照樣可以穩定可靠的工作?

供稿︰上海精浦機電有限公司 2019/4/18 16:05:58

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  • 關鍵詞︰ 編碼器 強磁場 核磁共振
  • 摘要︰磁編不是新產品,進入市場的成熟的磁編都已經有二十多年了。尤其是在汽車電子早已經大量有應用。

場景1︰在山東、內蒙等地的化工廠有一種電解爐,兩根電解棒(陰極與陽極)插入電解質池中,通上直流大電流進行電化學反應,電解棒需要根據池子里電解料的深度而不斷調節插入深度,而這個電解棒插入深度的調節,是要有機械齒輪箱式絕對值多圈編碼器反饋插入深度的。電解棒的電流有多大?最大時有12萬A(安培)的電流,當一通上電,只听得周邊“轟”的一聲,巨大的直流電流因法拉第原理產生了巨大的強磁。 溝彌鼙呶鍥肥芡蝗歡戀拇懦﹞寤鞣 雋恕昂洹鋇囊簧。而現場的這個編碼器(型號代碼9600,GEMPLE)需要長期在強磁場環境下工作。

而這個編碼器是磁編。


場景2︰去年醫療行業流傳著這樣一個故事,某家醫院的核磁共振檢查的房間內,在設備做測試時,沒注意到房間內留下了一把輪椅。當這套3T核磁共振影像設備一通上電,這把輪椅竟像子彈一樣向核磁共振設備飛過去,並吸在了上面。大約輪椅是有鐵磁性材料,而被核磁共振設備3T強磁場吸上了。醫院派出多個保安才能把這把輪椅拔出來,但是這台設備損壞維修損失了幾百萬元。


核磁共振影像設備中,配套有一個自動化移動床,被檢查者躺在床上面,其余人都要離開房間,只留下一個躺著的被檢查者。而由自動化移動床移動檢查,做身體各個部位的影像檢查。自動化移動床的定位是有機械齒輪箱式絕對值多圈編碼器(型號代碼9600,GEMPLE)反饋定位的。這個編碼器需要長期在強磁場環境下工作。


而這個編碼器是磁編。

這樣的強干擾場景其實有很多,例如大型通訊發射天線的轉角仰角和磁極位置定位,也是需要抗干擾編碼器,也是用到了磁編(代碼9600,GEMPLE)

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核磁共振設備是早期發現癌癥的利器,挽救了無數癌癥患者。3T核磁共振醫療影像設備的工作磁場是3T特斯拉的特強磁場,怎麼理解這個3T特斯拉?地球磁場在地表強度大約在50-60uT,這個磁場強度大約是地球磁場的6萬倍,可以將一把輪椅或者一把掃地機以子彈速度吸上去。確實沒有幾家編碼器可以在這麼強磁場下還能正常工作了,圖片里邊上的某日系伺服也常常數據輸出不正常了。而需要靠安裝在低速端的絕對值多圈編碼器,精浦的GMX60(代碼9600系列)絕對值多圈編碼器。在近五年近千台核磁共振上工作的絕對值編碼器,每天在醫院里3T核磁共振影像設備連續高強度工作,至今編碼器無一數據出錯記錄,保證了千萬成像位置的精準性。高品質高可靠性的編碼器產品,為人民醫療健康事業立下了功德。

上面兩個場景里的長期在強磁場干擾環境下工作的編碼器,都是精浦的磁編GMX60(代碼9600)。

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磁編不是新產品,進入市場的成熟的磁編都已經有二十多年了。尤其是在汽車電子早已經大量有應用。GMX系列編碼器從2008年就進入市。 汛罅渴褂彌兩。

上面兩個場景的故事告訴大家,磁編是能夠在強磁場下工作的,但需要經過EMC設計與第三方EMC標準測試認證報告(其中對應的標準是IEC61000-4-8工頻磁場抗擾度試驗)。

編碼器及自動化器件的抗干擾能力怎麼看?(點擊可以看一下這篇文章)


尤其是必須絕對值信號輸出的,多圈必須是機械齒輪箱式真絕對值編碼的。而不能是內部有計數器停電記憶型的偽絕對值編碼器。


內部有電池記憶的,或者韋根微發電替代電池記憶型的,內部依賴計數器計數多圈圈數的,如果受到強電磁場干擾,計數器錯誤是無法識別無法更正的,確實不能在強磁場下工作。

磁編是否能夠在較強磁場下抗干擾,需要經過第三方EMC標準測試認證報告,對應的標準是工頻磁場測試,這個工頻磁場已經模擬涵蓋了永磁場環境。

問題來了︰精浦的GMX系列編碼器是磁編,怎麼能夠在強磁場干擾環境下還能正常工作?

說起磁編,有很多種類別,最早磁編原理的編碼器也已經有二十多年了。精浦的磁編並不是新產品了,進入市場也已有十多年了。


而磁編能否在強磁場環境下工作?其實這個問題早就有了答案,卻是被一些不負責任的磁編損壞了磁編印象,被市場誤解了。

按一般的理解,磁編的工作原理是按磁場大小變化識別角度的變化的,強磁場下等于收到了磁場干擾,將無法正常工作。

但是,事實上有的磁編經過專業EMC設計,是可以在強磁場下工作的。

而且,我從業編碼器二十多年來,抗干擾包括抗強磁場干擾最好的幾款編碼器,恰恰是磁編!

例如,德國海德漢的ROQ425,其單圈碼盤為光編,而多圈齒輪箱傳感器組是磁編。

德國SICK公司的ATM60,其單圈碼盤多圈齒輪箱組都是磁編。

GEMPLE精浦的GMX60,GMX425也是磁編,單圈碼盤與多圈齒輪箱組都是磁編。

德國TR公司的CEM58也是磁編,單圈與多圈都是磁編。

上述四款絕對值多圈編碼器,也是目前自動化市場上我所知的抗干擾最好的幾款編碼器,都是磁編。


問答部分︰

Q1磁編為什麼不怕強磁。/p>

A: 磁編碼器對于外部磁場不敏感有幾個原因。主要原因是使用了橫向Hall元件以及差分測量技術。橫向Hall元件只對與芯片表面正交的磁場敏感。它對水平平面內的磁場不敏感。

差分測量方式只能測量出方向相對的Hall傳感器對的磁場差別。外部直流磁場將影響到絕對磁。  揮跋all傳感器對所檢測的差分磁場。此外,Hall傳感器的靈敏度不太高,這也使其對外部磁場的敏感度較低。由于編碼器運行在靠近磁鐵的位置,傳感器磁鐵(所要求的)磁場在芯片表面已經相對較強,不容易被外部磁場干擾。尤其是以絕對值編碼器信號輸出的磁編,是不會受到強磁場影響的。



實際上,為了實現數據資料中規範的性能,總磁。ㄓ讕眯源盤#43;外部干擾磁。┌揮Τ 00mT。超出這個範圍時絕對值磁編芯片也是可以良好運行,但由于飽和效應的影響,輸出的線性度可能會降低,需要對磁編產品具體實驗測試。

Q2:是否需要屏蔽傳感器以避免外部磁場的影響?

A:通常不需要進行磁性屏蔽,因為成熟的磁編芯片已經能夠補償外部強磁場的影響。

在存在極強的外部磁場時,如果要求傳感器提供很高的精度,則通過使用諸如鐵磁性金屬片來提供磁性屏蔽當然是一個好主意。


長期強磁場下的磁化問題︰編碼器外殼設計較大,例如58mm外徑,內部元器件經過嚴格選型,內部磁鐵與磁編芯片布局的相互距離經過設計,被磁化問題可以避免,或者影響微乎其微。


Q3︰磁編與光編哪一個抗干擾強?

A︰不一定,抗干擾最差的可能是磁編,抗干擾最好的可能也是磁編。


因為做經濟型磁編的入門的門檻較低,有一些廠家不經過專業EMC設計,就拿來磁編芯片簡單封裝一下就賣了,這種磁編抗干擾確實可能不好,因為整體磁編不僅僅是磁感應芯片,還有其他電子元器件的選型與設計。而有些是“假絕對值編碼器”里面有計數器功能的,在計數時會受到干擾。某些“多圈絕對值編碼器”實際上是假絕對值編碼的,里面有計數器記錄多圈圈數,並依靠停電記憶,例如電池型和韋根微發電記憶型的內部都有計數器功能,而不是真絕對值編碼,這一類假絕對值編碼器一旦在強干擾環境下計數器就容易錯誤,無法識別而繼續錯誤,它們確實也是不能強磁場干擾下工作。


市場上理解的“磁編抗干擾不行”,“不能在永磁體強磁場下工作”,大約就是上面兩類磁編的抗干擾真的不行,而被誤導磁編都是“抗干擾不行了”。這是誤解了磁編。


場景1里的伺服電機上的日系編碼器就是電池記憶型的,在3T強磁場下出錯,定位必須要用低速端的齒輪箱多圈絕對值編碼器GMX(代碼9600)提供移動床的位置反饋。

但是,如果嚴格按照電磁兼容性EMC對編碼器進行設計,磁編的抗干擾能力甚至可以優于光編。


一方面,磁編芯片從出世就面臨了各種抗干擾測試,包括有針對性的強磁場下測試通過,才能進入市場銷售,尤其是在汽車電子上的大量應用,對于汽車行駛安全的要求,磁編的抗干擾要求一點也不會比光編差,必須經過汽車電子安全認證後才能上車。


而另一方面,光編比磁編又多了一個電子元件----光源,給光源供電的電源的穩定性要求較高,如果設計不到位,很容易受到干擾而影響到光源發射的穩定,從而干擾到光編的正常輸出。


所以,自動化市場上抗干擾最好的幾款編碼器,都是磁編,而且必須是機械齒輪箱多圈絕對值的磁編碼器。因為如果有計數器原理的假絕對值編碼器(電池或者韋根)一旦被干擾到而計數錯誤,是無法識別的。

在我們自己做過的光編與磁編的用戶長期使用比較下,也確實是絕對值的磁編抗干擾表現更好一些。

我個人的感覺是光編的光源穩定性問題。


某家德國品牌的全磁多圈絕對值編碼器在市場上表現很好,而同樣的他家的光編的表現,卻似乎還不如他家的磁編。


例如市場上多年比較下來,抗干擾表現最好的幾款編碼器,“恰巧”都是磁編︰


德國海德漢ROQ425SSI,單圈碼盤是光編,多圈機械齒輪箱碼盤是磁編。


SICK公司的ATM60,單圈及多圈機械齒輪箱碼盤都是磁編。


GEMPLE精浦公司的GMX系列,代號9600,單圈及多圈機械齒輪箱碼盤都是磁編。


另外,德國TR公司的多圈機械齒輪箱絕對值磁編碼器,也是在冶金現場抗干擾表現很好的編碼器。也是磁編。


注意,並不是所有的磁編都可以有這樣強勁的抗干擾表現,尤其是這樣強磁場下的表現,用戶需要向編碼器原廠問清楚,是否是機械齒輪箱式的真絕對值編碼器,不能有計數器功能的。或者是否可以提供第三方電磁兼容性EMC認證報告,以及提供以往的長時間、大數量的實際應用實例。


同時,需要編碼器原廠提供品質管理保證的依據,例如提供連續多年以上的ISO9001質量保證體系證書。對于編碼器可靠性,要有品質保證體系很重要。



審核編輯(王靜)
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