Vishay Sensor- und Encoder-Technologien im Vergleich

Rotational Absolute Magnetic Encoder
Rotational Absolute Magnetic Encoder

Moderne Motoren, Aktuatoren und Bedienelemente in nahezu allen Bereichen der Elektronik verlangen nach berührungslosen und hochgenauen Sensoren zur Erkennung und Messung von Bewegung, Richtung und Position. Doch welche Sensortechnologien bieten sich dafür an und wie arbeiten sie?

Von Frédéric Lovera (Sr. Mgr. Product Marketing), Jörg Wedermann (Divison Head Opto Sensors) - Vishay SFERNICE, Vishay MCB, Vishay Semiconductors

Magnetische Encoder

Magnetische Encoder verwenden eine Platte aus mehreren magnetisierten Polpaaren (Nord/Süd), die in Form radialer Linien oder Muster angeordnet sind und über eine magnetische Sensoreinheit ausgelesen werden. Das Signal wird dann über eine entsprechende Elektronik digitalisiert, und Störeinflüsse werden kompensiert (Abb. 1).

Basierend auf seiner Erfahrung im Bereich konventioneller kontaktfreier Sensoren für den industriellen Markt und der gestiegenen Marktnachfrage nach sehr hoher Präzision hat Vishay ein komplettes Sortiment an magnetischen Encodern entwickelt. (Abb.2)

Sie zeichnen sich aus durch eine robuste Bauweise, kompakte Abmessungen und eine hohe Genauigkeit, vergleichbar mit optischen Encodern, bei höherer Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer. 

In Bereichen, wo optische Encoder rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind wie Schmutz, Feuchtigkeit, extreme Temperaturen, Stöße und Vibrationen, bieten magnetische Encoder bei vergleichbarer Genauigkeit eine ideale Lösung.

Die Sensoren gibt es mit einer Genauigkeit bis zu 16 Bits und einer Auflösung bis zu 21 Bits, in zwei Ausführungsformen (Kit oder komplettes Element) mit 27 mm bis 90 mm Durchmesser.

Hall-Effekt-Sensoren

Die Hall-Effekt-Sensor-Anordnung besteht aus einer Platte mit nur einem magnetisierten Polpaar. Hierbei ist die Platte an dem Rotor des Sensors befestigt und dadurch an die zu messende Rotorbewegung gekoppelt.

Ein ASIC (Mikroprozessor) detektiert die Richtungsänderung des Magnetfelds, wenn die Platte (bzw. Rotor) über dem ASIC sich  dreht. Diese Magnetfeldänderungen werden in ein analoges Signal, proportional zur Winkeländerung der rotierenden Platte, umgewandelt. (Abb.3) 

Zu den Vorteilen derartiger einfacher Sensoren zählen ihre sehr kompakt Bauweise, hohe Zuverlässigkeit und Linearität und geringe Beeinflussbarkeit durch EMV Störungen.

Die Sensoren müssen einen sehr guten Schutz gegen Umgebungseinflüsse, eine zuverlässige Lagerung der bewegten Teile, gute Montagemöglichkeiten und hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einflüsse bieten.

Optische Encoder-Sensoren

Die optischen Lösungen können entweder in reflektiver oder transmissiver Anordnung realisiert werden. In beiden Produkttypen liefert eine Emitterdiode (im Regelfall ein Infrarot Emitter) das Signallicht, das von einer Empfangsdiode oder Transistor detektiert wird. Beim reflektiven Sensor wird dieses Signallicht von einer kodierten Struktur zurückreflektiert. Die unterschiedlichen Reflexionsgrade führen zu einem modulierten Ausgangssignal. Bei einem transmissiven Sensor stehen sich Emitter und Detektor gegenüber. 

Die Ausgangssignalmodulation wird durch wiederholte Unterbrechungen des Signalpfades erreicht. Je nach Anordnungen und Anzahl der Ausgangskanäle lassen sich so einfache Inkrementalgeber, Drehrichtungsgeber oder auch absolute Positionsbestimmungssensoren realisieren.

Optische Sensoren bieten den Vorteil der einfachen Anwendungsmöglichkeit und Anbindung an bestehende mechanische Systeme und Integration in die entsprechende Auswerteelektronik. Dazu kommen die sehr kompakte Bauweise, schnelle Reaktionszeiten und hohe Auflösungen.