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有些磁編為什么能夠在強磁場干擾環境下,照樣可以穩定可靠的工作?

時間:2019-04-25來源: @Q裘奮上海精浦AQ編碼

導語: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。

場景1: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,并吸在了上面。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,但是這臺設備損壞維修損失了幾百萬元。

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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。

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而這個編碼器是磁編。

色妹妹自拍偷拍場景2: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,只聽得周邊“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場,而使得周邊物品受突然而至的磁場沖擊發出了“轟”的一聲。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。

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)

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,怎么理解這個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么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。在近五年近千臺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)。

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年就進入市場,已大量使用至今。

色妹妹自拍偷拍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)。

色妹妹自拍偷拍編碼器及自動化器件的抗干擾能力怎么看?(點擊可以看一下這篇文章)

色妹妹自拍偷拍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,怎么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。精浦的磁編并不是新產品了,進入市場也已有十多年了。

色妹妹自拍偷拍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。

色妹妹自拍偷拍按一般的理解,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。

色妹妹自拍偷拍但是,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磁編為什么不怕強磁場?

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。

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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場,但不影響Hall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。

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實際上,為了實現數據資料中規范的性能,總磁場(永久性磁鐵+外部干擾磁場)不應超過100mT。超出這個范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。

色妹妹自拍偷拍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。

色妹妹自拍偷拍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?

色妹妹自拍偷拍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。

色妹妹自拍偷拍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,并依靠停電記憶,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后才能上車。

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。

色妹妹自拍偷拍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。

色妹妹自拍偷拍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:

色妹妹自拍偷拍德國海德漢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。

色妹妹自拍偷拍注意,并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。

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色妹妹自拍偷拍同時,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。

波音飛機失事分析與自動化、編碼器可靠性風險評估的十個問題

不要輕易做承諾,要做承諾就要拿出對應的依據。這叫“靠譜”。


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