T40B con medición de velocidad de giro e impulso de referencia

En el mercado hay una cantidad innumerable de sistemas incrementales de medición de la velocidad de giro. Ahora bien, esos sistemas únicamente miden la velocidad de giro. La combinación de velocidad de giro y medición de par en una única brida medidora plantea exigencias muy especiales a la medición de la velocidad de giro:

  • Las características mecánicas y el funcionamiento de la brida no deben verse afectados por el sistema de medición de velocidad.
  • Para ello, se requiere un sistema de alta resolución que permita a la vez un elevado movimiento relativo entre el rotor y el estator.
  • El sistema de medición de velocidad de giro integrado no debe interferir con la transmisión de pares nominales o pares límite.

La integración dentro del transductor facilita en gran medida la manipulación. Si es necesario, el sistema de medición de velocidad no hace uso del segundo extremo del eje, que queda disponible para otras tareas; por ejemplo, para instalar una brida de par adicional.

Fig. 1: Transductor de par T40B con medición de velocidad de giro e impulso de referencia

Funcionamiento de un sistema de medición de velocidad de giro

El portador metálico imantado se instala en la segunda brida libre del transductor de par y queda completamente integrado. Esto ahorra espacio y facilita en buena medida la instalación.

El sistema se basa en un principio de detección sin contacto de los impulsos de una rueda magnética mediante un sensor magnetorresistivo anisótropo (AMR). Cuando el sensor se somete a un campo magnético, su resistencia cambia, según el ángulo de magnetización y la dirección del vector de resistencia. El campo magnético se modula por el movimiento relativo entre la el material que se mide y el sensor. El campo magnético se detecta en dirección radial, lo cual proporciona una señal robusta y estable. El entrehierro máximo entre la rueda de impulsos y el sensor es de 2,5 mm.

Por todo ello, el sistema de medición es muy poco sensible al movimiento relativo entre el rotor y el estator (que podría estar causado por vibraciones en el banco de pruebas).

Fig. 2: Digitalización con un sensor AMR

Generación de impulsos mediante un codificador bidireccional

El codificador incremental magnético genera impulsos cuando se hace girar la rueda. El número de impulsos por revolución es proporcional a la velocidad de giro o a la posición. El sistema es un codificador bidireccional; es decir, el sensor AMR utilizado contiene 2 puentes completos para la adquisición de señales. Los dos puentes están desfasados entre sí un cuarto de vuelta. Las señales del seno y el coseno generadas son digitalizadas por un sistema electrónico situado más adelante en la cadena. Las señales de seno y coseno periódicas se subdividen mediante interpolación para aumentar por medios electrónicos la resolución inicial. De esta forma se reduce el error de cuantización y se hacen cálculos más precisos de la velocidad de giro instantánea del eje de entrada.

Fig. 3: Señales de onda cuadrada A/B

Señales de salida

La salida consiste en dos señales de onda cuadrada con un desfase de 90 grados. La segunda señal (señal B) permite determinar el sentido del movimiento (hacia la derecha o hacia la izquierda).

Cuando la señal se produce en sentido horario, es decir, hacia la derecha, la señal B se mantiene una fase por delante se la señal A. La señal B tiene un flanco ascendente y la señal A resulta de “bajo nivel”. Esto corresponde al estado lógico “0”. Cuando el giro es antihorario, es decir, hacia la izquierda, la señal A se mantiene una fase por delante de la señal B. La señal A tiene entonces un flanco ascendente y la señal B resulta de “alto nivel”. Esto corresponde al estado lógico "1".

El par de señales desfasadas A y B también se conoce como señal en cuadratura, dado que permite aumentar aún más la resolución. Las señales A y B generan un impulso por cada par de polos. La resolución se puede incrementar aún más, por ejemplo, haciendo que cada extremo de las señales A y B genere un impulso. A esto se le denomina evaluación cuádruple. Eso significa que, para un transductor T40B o T40FM empleado como sistema de medición de la velocidad de giro, una resolución de 1024 impulsos por revolución se puede incrementar hasta 4096 impulsos por revolución.

La transmisión incremental desde el sistema de medición de velocidad al controlador tiene la ventaja de que solo se necesitan dos señales para transmitir información sobre el sentido del movimiento, la velocidad y la posición relativa.

Hay un inconveniente: después de un corte de alimentación no se puede conocer la posición absoluta porque el sistema de medición de la velocidad de giro solo mide el cambio con respecto a la posición inicial. Sin embargo, para los sistemas de posicionamiento es esencial conocer la posición absoluta. Por esta razón, se efectúa una “vuelta de referencia” durante el encendido, en la cual se utiliza un impulso de referencia (estado 0).

Fig. 4: Señales de onda cuadrada A/B y señal de referencia (estado 0)

Señales de onda cuadrada

La Fig. 4 muestra la tercera señal: la señal de referencia (estado 0). Esta señal se genera mediante un sensor independiente que detecta el campo magnético correspondiente a la dirección axial. La señal se sincroniza con el flanco ascendente de la señal A. Después del encendido, el sistema de medición de la velocidad de giro tiene que girar hasta que detecta el impulso de referencia. El valor absoluto del ángulo se conoce, como máximo, después de una revolución. Esta tercera pista genera un impulso por cada revolución completa. Para determinar la posición del rotor o la posición exacta se requiere una elevada resolución angular. Con la evaluación cuádruple de la señal en cuadratura, el sistema proporciona una precisión angular de 212 pasos.

Las etapas de salida consisten en una señal de 5 V simétrica (TTL) y una señal RS422 complementaria. La transmisión de señal diferencial tiene la ventaja de que los campos de interferencias indeseables afectan a todas las señales con la misma intensidad, por lo que no afecta a la diferencia entre señales. Por tanto la transmisión de señales digitales ofrece una alta inmunidad a las interferencias y es la solución ideal para grandes longitudes de cable y para uso en presencia de campos electromagnéticos.

Transductores de par de HBM

T40B

T40FM

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Ventajas

  • Alta precisión: 1024 pulsos/revolución.
  • Precisión angular de hasta 212 pasos.
  • Sensor integrado, optimizado para campos magnéticos.
  • Alta calidad de señal y de relación señal-ruido.
  • No requiere ajustes adicionales entre la rueda de impulsos y el sensor.
  • Entrehierro de hasta 2,5 mm entre la rueda de impulsos y el sensor.
  • Protección frente a influencias ambientales.
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