Un codificador rotatorio de vueltas múltiples es un sensor electromecánico de precisión que no solo puede medir la posición angular de un eje dentro de una sola vuelta (0° a 360°), sino que también mide el número acumulado de rotaciones completas. Un codificador de una sola vuelta restablece su salida con cada revolución, mientras que un codificador de múltiples vueltas es diferente ya que puede proporcionar tanto la posición angular absoluta como el número total de rotaciones, lo que permite una retroalimentación de posición precisa en un rango de movimiento más amplio.
En aplicaciones avanzadas de control de movimiento, capturar solo un ángulo de eje de 360° no es suficiente para lograr un monitoreo confiable del sistema. Cuando el movimiento de rotación se combina mecánicamente con desplazamiento lineal, sistemas de engranajes o equipos grandes, el seguimiento del número total de revoluciones se vuelve crucial. Los codificadores de bucle múltiple pueden proporcionar datos de posición absoluta continuos, lo que garantiza una sincronización y un control precisos de sistemas electromecánicos complejos, cumpliendo así con este requisito. Este artículo analizará con más detalle el codificador de múltiples vueltas, incluido su principio de funcionamiento, escenarios de uso y otras consideraciones de integración.
Las funciones y ventajas de los codificadores multivueltas.
Al monitorear cuando el codificador de bobina simple cambia de 359 ° a 0 °, el software rastrea la rotación de todo el eje. Este método puede parecer factible, pero plantea serios desafíos de confiabilidad. Las omisiones de muestreo, los cortes de energía, las fallas de comunicación e incluso el ruido causado por las vibraciones pueden provocar velocidades de rotación asíncronas. Las inversiones rápidas cerca del límite de 0°/360° a menudo confunden aún más la lógica de detección de inversión, lo que resulta en errores acumulativos. Incluso con amplios ajustes de filtrado y algoritmos, las soluciones basadas en software siguen siendo susceptibles a perder precisión.
El codificador absoluto multivuelta resuelve estos desafíos a nivel de hardware integrando dos funciones clave: resolución de ángulo fino de una sola vuelta y un tacómetro incorporado para rastrear la velocidad de rotación completa del eje. La medición de ángulos suele utilizar tecnología de detección capacitiva, magnética u óptica, mientras que el tacómetro actualiza los datos del ángulo de forma sincrónica. Esta combinación proporciona verdaderas posiciones absolutas de múltiples giros sin depender de una lógica de volteo externa para proporcionar una retroalimentación sólida y libre de errores.
El tacómetro en sí se puede implementar de varias maneras. Los codificadores mecánicos utilizan sistemas basados en engranajes, los diseños magnéticos suelen utilizar energía de pulso Wiegand para registrar las revoluciones, mientras que las implementaciones digitales dependen de electricidad continua. Esto último generalmente requiere un diseño cuidadoso del sistema para mantener la continuidad del suministro de energía (generalmente a través de baterías de respaldo o protecciones de software) para mantener un registro del número de revoluciones durante los cortes de energía.
Cómo manejar codificadores de múltiples vueltas al inicio
Un desafío importante en el diseño de codificadores de múltiples vueltas es administrar la energía en el reinicio, ya que la pérdida de vueltas almacenadas puede afectar los datos de posición absoluta. La gente suele adoptar varias estrategias de ingeniería para paliar este problema:
Referencia del interruptor de límite o origen: cuando se activa, el sistema conducirá el mecanismo a un punto de referencia predefinido y reinicializará la posición del codificador.
Guardar el último valor conocido: si hay un controlador host o una memoria no volátil, el sistema puede guardar el último ángulo y revoluciones registrados antes de apagarse. Después del reinicio, siempre que el eje no se mueva durante el período de parada, estos valores se volverán a aplicar.
Bloqueo mecánico del eje: durante paradas planificadas o estados de energía ultrabaja, el eje se puede bloquear físicamente para evitar la rotación. Luego, los valores almacenados del codificador entrarán en vigor al encenderlo, logrando una recuperación perfecta. Este método es particularmente adecuado para sistemas portátiles o alimentados por baterías.
Reinicialización de la capa del sistema: para aplicaciones que pueden tolerar perder algunas vueltas, el sistema solo necesita restablecerse y recalibrarse al inicio utilizando sensores externos o estados predeterminados seguros. Esto reduce la complejidad, pero sólo se aplica a aplicaciones de retroalimentación de posición no crítica.
Para aplicaciones que no pueden aceptar perder revoluciones en caso de un corte de energía, las baterías de respaldo integradas son una de las soluciones más confiables. Este método no depende de métodos de recalibración externos ni de sensores auxiliares, lo que garantiza que el codificador pueda seguir funcionando incluso después de cortes de energía breves o prolongados.
Desde la perspectiva del consumo de energía, aquí es precisamente donde la selección de tecnología adquiere importancia. El consumo de energía operativa de los codificadores capacitivos (como la serie AMT de Same Sky) suele ser de solo ~80 mW, lo que los hace altamente eficientes para diseños integrados y alimentados por baterías. Su eficiencia minimiza el consumo de almacenamiento de energía de respaldo en la mayor medida posible y se puede lograr soporte a largo plazo sin una capacidad excesiva de la batería.
Por el contrario, el consumo de energía de los codificadores magnéticos suele oscilar entre 150 y 500 mW, mientras que los codificadores ópticos suelen requerir entre 200 mW y más de 1 W en sistemas basados en LED o de alta resolución. Esta ventaja de eficiencia hace que los codificadores capacitivos sean muy atractivos en entornos con energía limitada, donde cada milivatio es crucial.