Lineaire encoders: verplaatsingen of bewegingen meten

De eerste vraag die je jezelf moet stellen als je op zoek gaat naar een passende lineaire encoder is: wil ik de absolute positiewaarde weten of volstaat het om alleen incrementele positieveranderingen te registreren? Tot voor kort sloeg de balans meestal door naar incrementele oplossingen, maar dat is aan het veranderen. Absolute encoders vormen steeds vaker het antwoord.

Welke technologie kies je?

Er bestaan vier hoofdtechnologieën voor lineaire encoders: optisch, inductief, magnetisch en capacitief. In de basis werken ze grofweg hetzelfde. Een zender stuurt een signaal of een veld uit naar een liniaal met een repeterend patroon dat effect heeft op dat signaal. Een ontvanger registreert die verandering en kan uit de sinusvormige variatie daarin opmaken hoeveel stapjes op de liniaal zijn gepasseerd.

Optische encoder

Optisch encoders worden veel gebruikt, en zijn vooral erg geschikt voor de hightechmarkt. De zender is hier een LED of een laser. Het licht weerkaatst op een geëtste streepjespatroon en de ontvanger registreert de variatie in intensiteit. De LED-variant is goedkoper dat een laseroplossing maar er is wel een lens nodig om de bundel te convergeren dus ze zijn iets groter. Het oplossend vermogen van optische encoders is heel hoog. 

De grootte van de stapjes die je kunt onderscheiden, kan zelfs een nanometer bedragen. Deze encoders zijn zelf ook klein. Tegenwoordig zijn ze verkrijgbaar in chipformaat van zo’n zes bij zes millimeter. Dat maakt ze makkelijk te integreren in je ontwerp, wat bijvoorbeeld interessant is in medische robotica. Ze zijn geschikt voor vacuüm en ongevoelig voor elektromagnetische velden, maar ze kunnen minder goed tegen vervuiling zoals stof en vocht. Ook als er grote variaties zitten in de afstand tussen de sensor en de liniaal, kun je beter voor een andere techniek kiezen.

Inductieve encoders

Inductieve encoders gebruiken twee spoeltjes en een liniaal met koperen stripjes die het veld van de zendspoel beïnvloeden. Omdat er een limiet zit aan hoe nauwkeurig je die stripjes kunt plaatsen, haal je niet de resolutie van optische encoders. Een nauwkeurigheid van een paar micrometer is voor veel toepassingen echter ruim voldoende. 

Inductieve encoders zijn bestand tegen grotere variatie in leeshoogte en tegen vervuiling. Ze zijn bovendien een stuk goedkoper dan optische encoders. Omdat de zend- en ontvangspoel tegengesteld zijn gewikkeld, heb je geen last van eventuele stoorvelden. Dat maakt inductieve encoders heel interessant als je in de buurt van sterke magneetvelden wilt meten.

Magnetische encoders

De liniaal in magnetische encoders bestaat uit afwisselende noord- en zuidpolen. De pitch daarvan is relatief groot en dat vormt de basis van de nauwkeurigheid. Deze encoders zijn dus niet super precies, maar kunnen wel heel goed omgaan met bewegingsvariatie. Veel minder dan bij optische en zelfs minder dan bij inductieve encoders hoef je te letten op de nauwkeurigheid van de beweging over de liniaal. 

Een nadeel is dat ze redelijk wat elektronica nodig hebben. Daardoor zijn ze niet geschikt voor gebruik in vacuüm omdat ze in die omgeving hun warmte niet kwijt kunnen en doorbranden. Uiteraard werken magnetische encoders ook niet in de buurt van permanente magneten en motoren.

Capacitieve encoders

Een capacitieve encoder gebruikt de verandering in capaciteitswaarde van een condensator als middel om verplaatsing te meten. Meestal zijn de hoofdelementen van de capacitieve sensor zo gerangschikt dat de capaciteit verandert als bewegende elementen zich verplaatsen ten opzichte van de stationaire platen van de condensator. Capacitieve encoders bieden een hoge resolutie en nauwkeurige positiemeting in gecontroleerde omgevingen. Ze zijn echter gevoelig voor vervuilingen en veranderingen in temperatuur of vochtigheid. Condensatie of de opbouw van elektrostatische lading op een capacitieve encoder maakt een positiemeting zo goed als waardeloos.