T40B avec système de mesure de vitesse de rotation et impulsion de référence

Sur le marché, il existe d’innombrables systèmes incrémentaux pour mesurer la vitesse de rotation. Cependant, ces systèmes sont uniquement prévus pour mesurer la vitesse de rotation. Associer la vitesse de rotation à la mesure du couple dans un même capteur, demande des exigences particulières en ce qui concerne le système de mesure de la vitesse de rotation :

  • Les caractéristiques mécaniques et le fonctionnement du capteur ne doivent pas être altérés par le système de mesure de vitesse.
  • Ce qui est nécessite un système de très haute résolution qui permet aussi un important débattement entre le rotor et le stator.
  • Le système de mesure de rotation de vitesse intégré ne doit pas interférer sur la transmission des couples nominaux ou limites.

L'intégration dans le capteur facilite considérablement la manipulation. En effet, il n’y plus besoin d’une extrémité d’arbre pour disposer un système de mesure de vitesse. Cette partie est donc libre pour d'autres choses, par exemple, le montage d’une bride additionnelle de couple.

Fig. 1 : Capteur de couple T40B avec système de mesure de vitesse et signal de référence

Fonctionnement du système de mesure de vitesse de rotation

Le support métallique de l’anneau magnétique en plastique est monté sur le second flasque du capteur et il est ainsi entièrement intégré. Cela libère de l'espace et facilite de manière significative l'installation du capteur.

Le système est basé sur le principe de la mesure sans contact des impulsions de la roue magnétique à l'aide d'un capteur magnéto-résistif anisotrope. Quand le capteur est soumis à un champ magnétique, sa valeur de résistance change selon l'angle de magnétisation et la direction du vecteur de la résistance. Le champ magnétique est modulé par le mouvement relatif entre la mesure matérielle et le capteur. Le champ magnétique est sensible dans la direction radiale. Le signal est donc robuste et stable. L'entrefer maximum entre la roue et le et le capteur est de 2.5 mm.

Le système de mesure est très peu sensible au mouvement relatif entre le rotor et le stator qui pourrait résulter des vibrations du banc d'essai.

Fig 2: Numérisation avec le capteur AMR

Génération d'impulsions par un codeur bidirectionnel

Le codeur magnétique incrémental produit des impulsions quand la roue codée tourne. Le nombre d'impulsions par tour correspond à la vitesse de rotation ou à la position. Le système utilisé est un codeur bidirectionnel, c.à.d que le capteur AMR employé ici inclut deux ponts complets pour l'acquisition du signal. Les deux ponts sont décalés entre eux d’un quart de tour. Les signaux sinus et cosinus produits sont numérisés dans une électronique. Les signaux sinus et cosinus périodiques sont subdivisés par interpolation augmentant de ce fait la résolution de base par des moyens électroniques. Ceci réduit l'erreur de quantification et le calcul de la vitesse de rotation courante de l'axe d'entrée fournit des résultats plus précis.

 

Fig. 3 : Signaux carrés A/B

Signaux de sortie

Deux signaux carrés décalé de 90 degrés sont disponibles comme signaux de sortie. Le deuxième signal (signal B) permet de déterminer le sens de rotation (de droite à gauche).

Avec une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, c.-à-d. vers la droite ou sens horaire, le signal B est une phase avant le signal A. Avec un front montant du signal B, le signal A est sur « bas niveau ». Cela correspond à l'état « 0 ». Avec une rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, c.-à-d. vers la gauche (antihoraire), le signal A est une phase en avance sur le signal B. Avec un front montant du signal A, le signal B est sur «haut niveau». Ceci correspond à l'état « 1 ».

La paire de signaux A et B s'appelle également signal de quadrature, puisqu'elle permet un accroissement ultérieur de la résolution. Les signaux A et B produisent maintenant une impulsion par paires de poles. La résolution peut être augmentée, par exemple, avec chaque front du signal A et B déclenchant une impulsion. C’est ce qu’on appelle évaluation quadruple. Cela signifie que pour le T40B et T40FM, le système de mesure de vitesse de rotation qui a une résolution de 1024 impulsions par tour peut grimper jusqu'à 4096 impulsions par tour.

La transmission incrémentale du système de mesure de rotation au contrôleur a l'avantage que seuls deux signaux sont exigés pour les informations sur le sens de rotation, de la vitesse et de la position relative.

L'inconvénient : La position absolue n'est plus connue après une panne de courant parce que le système de mesure de vitesse de rotation mesure uniquement le changement comparé à la position initiale. Cependant, avec des systèmes de positionnement, il est essentiel de connaitre la position absolue. Pour cette raison, un signal «Top tour» est généré, grâce à une impulsion de référence (état 0).

Fig. 4 : Signaux carrées A/B et signal de référence (index 0)

Signal de référence

La fig. 4 montre très bien le troisième signal à savoir le signal de référence (0 index). Ce signal est produit par un capteur séparé qui détecte le champ magnétique correspondant à la direction axiale. Il est synchronisé avec le front montant du signal A. Après la mise en marche, le système de mesure de vitesse doit tourner jusqu'à ce que l'impulsion de référence soit détectée. La valeur absolue de l'angle est disponible après un tour de retard. Cette troisième voie produit une impulsion par tour. Déterminer la position du rotor ou la position exacte, exige une résolution angulaire élevé. Avec l'évaluation quadruple du signal de quadrature, le système fournit une exactitude angulaire de 212 pas.

Les étages de sortie ont un niveau 5V symétrique (TTL) et RS422 en complément. La transmission de signal différentiel a l'avantage que les champs d'interférence peu désirés affectent tous les signaux dans la même proportion et ne changent pas ainsi la différence de signal. La transmission de signal numérique est donc fortement insensible aux parasites et c’est la solution idéale pour de grandes longueurs de câble ou pour un usage dans applications soumises à des champs électromagnétiques.

Couplemètres HBM

T40B

T40FM

Avantages

  • Haute précision: 1024 impulsions/tr
  • Précision angulaire de 212 pas
  • Capteur intégréadapté aux champs magnétiques
  • Qualité élevée du signal et très bon rapport signal/bruit
  • Pas besoin d'ajustement complémentaire entre la roue codée et le capteur
  • Espace jusqu'à 2.5 mm entre la roue et le capteur
  • Protection contre les influences extérieurs
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