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Misure di spostamento Misure di spostamento senza contattosenza contatto
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TRASDUTTORI TRASDUTTORI
A CORRENTI A CORRENTI
PARASSITEPARASSITE
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�� bobina alimentata bobina alimentata con corrente alternata con corrente alternata ((≈≈≈≈≈≈≈≈1 MHz)1 MHz)
�� la bobina genera un la bobina genera un campo campo elettromagneticoelettromagnetico
oscill.oscill.
bobinabobina
linee di flussolinee di flusso
correnti parassitecorrenti parassite
superficie metallicasuperficie metallica
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento
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4Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento
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oscill.oscill.
bobinabobina
linee di flussolinee di flusso
correnti parassitecorrenti parassite
superficie metallicasuperficie metallica
�� sul conduttore nascono sul conduttore nascono le correnti parassitele correnti parassite
�� l’intensità delle correnti l’intensità delle correnti parassite è funzione parassite è funzione della distanza del della distanza del trasduttore dal trasduttore dal conduttoreconduttore
�� le correnti parassite le correnti parassite modificano l’induttanza modificano l’induttanza della bobinadella bobina
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento
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�� Le correnti parassite nel Le correnti parassite nel conduttore creano a loro conduttore creano a loro volta un campo volta un campo elettromagnetico che elettromagnetico che modifica l’induttanza della modifica l’induttanza della bobinabobina
�� Si può dunque eseguire Si può dunque eseguire una misura di variazione di una misura di variazione di induttanzainduttanza
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento
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oscillatoreoscillatore
demodulatoredemodulatore
amplificatoreamplificatore
bobinabobina
conduttoreconduttore
correnti parassitecorrenti parassite
linee di flussolinee di flusso
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento
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Si misura una variazione di variazione di induttanzainduttanza
demod.demod.e F.P.B.e F.P.B.
bobinabobinaattivaattiva
bobina dibobina dibilanciamentobilanciamento
Trasduttori a correnti parassite: circuito Trasduttori a correnti parassite: circuito di misuradi misura
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Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: circuito di misuracircuito di misura
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10Eddy Eddy currentcurrent probeprobe
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� Portata: 2 mm (a partire da 0,25 mm)
4 mm ( a partire da 1 mm)
� Diametro sonda: 5 ÷ 14 mm
� Sensibilità: 8 ÷ 4 V/mm
� Linearità: < 0,05 ÷ 0.2 mm
Trasduttori a correnti parassite: valori Trasduttori a correnti parassite: valori tipicitipici
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Problemi tipiciProblemi tipici
• Centralina nasce per cavo di una determinata lunghezza• Taratura varia con materiale (diverso il meccanismo di
sviluppo delle correnti parassite)• Alimentazione tipica -18 V – -24 V: come si fa??• Uscita ha i 18 V dell’ingresso sovrapposti al segnale
(offest elettrico) – le schede raramente accettano più di 10V. Inoltre l’offset rischia di essere ben maggiore del segnale.
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Trasduttori a correnti parassite: da un Trasduttori a correnti parassite: da un catalogocatalogo
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Trasduttori a correnti parassite: la Trasduttori a correnti parassite: la centralina di condizionamentocentralina di condizionamento
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Trasduttori a correnti parassiteTrasduttori a correnti parassite 15
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0
1
0.5
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
usci
ta [
V ]
distanza relativa [mm]
22°C100°C177°C
Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale
[mm
]
0
1
0.5
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
usci
ta [
V ]
distanza relativa [mm]
22°C100°C177°C
Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale
[mm
]
16Sensibilità alla temperaturaSensibilità alla temperatura
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0 1 2 3 4 50
5
10
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20
usci
ta [V
]
distanza relativa [mm]
AISI E4140AISI 304AlCu
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
usci
ta [V
]
distanza relativa [mm]
AISI E4140AISI 304AlCu
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: sensibilità al materialesensibilità al materiale
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� Trasduttori di prossimità on-off
� Trasduttori di spostamento
Trasduttori a correnti parassite:Trasduttori a correnti parassite:
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
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19Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: applicazioni su ROTORIapplicazioni su ROTORI
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ωωωωCond.
[s]
[ V ]
ωωωωCond.
[s]
[ V ]
Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: RIFERIMENTO RIFERIMENTO DIDI FASEFASE
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22Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: spostamento relativo pernospostamento relativo perno--cuscinettocuscinetto
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Salita 1Salita 1Salita 2Salita 2Salita 3Salita 3
0.20.2
00
0.050.05
0.10.1
0.150.15
0.20.2
00 0.050.05 0.10.1 0.150.15Spostamento X [mm]Spostamento X [mm]
Spo
stam
ento
Y [m
m]
Spo
stam
ento
Y [m
m]
= 0 rpm= 0 rpm
= 1500 rpm= 1500 rpm
LUOGO DEI CARICHI LUOGO DEI CARICHI DIDICUSCINETTO CUSCINETTO DIDI ALTERNATOREALTERNATORE
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Sovrapposizione vibrazioniSovrapposizione vibrazioni--difetti difetti di formadi forma
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Dilatazioni differenzialiDilatazioni differenziali 26
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Vibrazioni assialiVibrazioni assiali 27
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Lavorare con le armonicheLavorare con le armoniche 28
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ΙΙ armonicaarmonica
ΙΙΙΙ armonicaarmonica
totaletotale
Transitorio di avviamento di un gruppo da 600 Transitorio di avviamento di un gruppo da 600 MW: rotore di bassa pressioneMW: rotore di bassa pressione
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30Trasduttori a correnti parassite: ESEMPITrasduttori a correnti parassite: ESEMPI
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31Trasduttori a correnti parassite: ESEMPITrasduttori a correnti parassite: ESEMPI
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TRASDUTTORI TRASDUTTORI
CAPACITIVICAPACITIVI
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� C = capacità [pF]
� ε0 = costante dielettrica dell’aria [pF/m]
� εr = costante dielettrica del materiale trale armature [pF/m]
� A = area delle armature
� d = distanza tra le armature
C =C =AAdd00εεεεεεεε εεεεr
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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C =C =AAddεεεεεεεεrrεεεεεεεε00
Si può variare C variando εr: legame lineare
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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C =C = εεεεεεεε AAddrrεεεεεεεε00
Si può variare C variando A: legame lineare
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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Si può variare C variando d: legame non lineare
C =C = εεεεεεεε AAddrrεεεεεεεε00
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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Misura di Spostamento RelativoMisura di Spostamento Relativo
Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
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MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
dd
MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
dd
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
CHASSISCHASSIS
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
CHASSISCHASSIS
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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Si misura la variazione di impedenza Z:
CjZ
ω1=
VVee
SS
Z
circuito di circuito di condizionamentocondizionamento
Circuiti di misura: ponte di Circuiti di misura: ponte di WheatstoneWheatstonein C.A.in C.A.
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ConsiderazioniConsiderazioni
• La capacità è un interruttore aperto per un circuito alimentato in continua.
• Per avere segnale deve continuamente variare la capacità• Se voglio misure in condizioni stazionarie devo alimentare
in alternata (si fa lavorare la capacità)
• Si fa vedere un esempio di che cosa succede quando alimento in continua
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� Portata: 0,05 ÷ 10 mm
� Sensibilità: 1 ÷ 200 V/mm
� Risoluzione: 0,02 % f.s.
� Linearità: > ± 0,2 % f.s.
Figura Figura µεµε
Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:Valori tipiciValori tipici
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Svantaggi:Svantaggi:
�� sensibili alle variazioni di capacità del cavosensibili alle variazioni di capacità del cavo
�� sensibili alle variazioni delle caratteristiche sensibili alle variazioni delle caratteristiche
del dielettrico (acqua, olio, umidità)del dielettrico (acqua, olio, umidità)
�� elevata impedenzaelevata impedenza
Vantaggi:Vantaggi:
�� elevata sensibilità e stabilitàelevata sensibilità e stabilità
�� poco sensibili alle variazioni di temperaturapoco sensibili alle variazioni di temperatura
Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi
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44Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
Misure di LIVELLO
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gapgap
minimo valore diminimo valore dicapacitàcapacità
gapgap
Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi: APPLICAZIONI APPLICAZIONI per misure diper misure di coppiacoppia
massimo valore dimassimo valore dicapacitàcapacità
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Trasduttori capacitivi: catalogoTrasduttori capacitivi: catalogo 46
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Trasduttori capacitivi: catalogoTrasduttori capacitivi: catalogo 47
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48Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
Misure di LIVELLO
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LASER A LASER A TRIANGOLAZIONETRIANGOLAZIONE
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FotorilevatoreFotorilevatore
diododiodolaserlaser
campo dicampo dimisuramisura
Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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Sensore analogico
Sensore digitale
Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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y = 0y = 0 -- yy+ y+ y
i = 0i = 0
-- ii
+ i+ i
foto rilevatorefoto rilevatore
lentilenti
diododiodolaserlaser
θ θ θ θ θ θ θ θ = 30= 30°°-- 5050°°
iA
iCxx
Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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iiAA
iiCC
conver.conver.corr./tens.corr./tens.
conver.conver.corr./tens.corr./tens.
eeAA
eeCC
eeAA-- eeCC
eeAA+ e+ eCC
eediffdiff
eesomsom
eeddeess
eexx
GGxx
fasciofasciodi lucedi luce
Uscita indipendente dalla intensità del
fascio laser
Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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54Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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55
±±±±±±±±10%10%
--55 00 +5+5
distanza [mm]distanza [mm]
--55
00
+5+5
outp
ut [
V]
outp
ut [
V]
+10%+10% --10%10%
distanzadistanzadi misuradi misura
trasduttoretrasduttore
50 mm50 mm
45 mm45 mm
55 mm55 mm
--5 V5 V
0 V0 V
+5 V+5 V
regolazioneregolazioneguadagnoguadagno
portataportata
Laser a triangolazioneLaser a triangolazione
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5050 5555mmmm
outp
ut [
V]
outp
ut [
V]
4545
00
+5+5
--55
campo di misuracampo di misura
sensibilitàsensibilità1 V/mm1 V/mm
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:CAMPO CAMPO DIDI MISURAMISURA
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� raggio laser visibile ( λ = 675 nm)
� spot di piccole dimensioni ( φφφφ = 0,1 ÷ 1 mm)
� poco sensibili alla rugosità superficiale e alle variazioni di colore del target
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:CARATTERISTICHECARATTERISTICHE
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� Portata: ± 0,25 ÷ 100 mm
� Distanza di misura: 5 ÷ 340 mm
� Linearità: 2 ÷ 600 µµµµµµµµm
� Risoluzione: 0,1 ÷ 60 µµµµµµµµm
� Tempo di integrazione: 0,01 ÷ 30 ms
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:Valori tipiciValori tipici
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posizionamentoposizionamentobraccio robotbraccio robot
misura dimisura divibrazionivibrazioni
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
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misura dimisura dilivellolivello
misura dimisura dispessorespessore
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
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controllo di processi produttivicontrollo di processi produttivi
Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
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APPLICAZIONIAPPLICAZIONI 62
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APPLICAZIONIAPPLICAZIONI 63
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APPLICAZIONIAPPLICAZIONI 64
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--0.300.30
--0.200.20
--0.100.10
0.000.00
0.100.10
0.200.20
0.300.30
0.400.40
00 200200 400400 600600 800800
AM
PIE
ZZ
A [m
m]
AM
PIE
ZZ
A [m
m]
DISTANZA [mm]DISTANZA [mm]
APPLICAZIONI:MarezzaturaAPPLICAZIONI:Marezzatura 65
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66TaraturaTaratura
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TRASDUTTORI DIGITALITRASDUTTORI DIGITALIENCODERENCODER
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alberoalberoEncoderEncoder
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69EncoderEncoder
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� Il segnale di uscita è costituito da una
successione di N impulsi per giro
(N = numero di incisioni)
� Il riferimento angolare viene perduto se si
interrompe l’alimentazione
tempotempo
uscitauscita[V][V]
Encoder incrementaliEncoder incrementali
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� Monodirezionale:
� uscita A: N impulsi per giro
� uscita Z: 1 impulso per giro
uscita Auscita A
uscita Zuscita Z
NNon permette di ricavare il verso di rotazione on permette di ricavare il verso di rotazione dell’albero.dell’albero.
Encoder incrementaliEncoder incrementali
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� Bidirezionale:
� uscita A
� uscita B
� uscita Zuscita Zuscita Z
uscita Auscita A
uscita Buscita BA in anticipo su BA in anticipo su B
rotazione orariarotazione oraria
uscita Auscita A
uscita Buscita BB in anticipo su AB in anticipo su A
rotazione antiorariarotazione antioraria
uscita Zuscita Z
Encoder incrementaliEncoder incrementali
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73
� Il numero massimo di incisioni N che si
possono realizzare dipende dal diametro del
disco
� Da N dipende la Risoluzione Angolare ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ :
N360∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ ====
°°°°
N indicativo: 1 N indicativo: 1 ÷÷ 9000
Encoder incrementaliEncoder incrementali
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� Possono essere utilizzati per misurare la
velocità angolare di rotazione di un albero:
� La rotazione dell’albero può essere
ricavata contando gli impulsi k dal
riferimento Z:
tempotempo
uscitauscita[V][V]
∆∆∆∆∆∆∆∆tt
ttωωωωωωωω ========
∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆∆∆∆∆∆∆∆
θθθθθθθθ = k = k ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ
Encoder incrementaliEncoder incrementali
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� Disco codificato con n piste (bit) che vengono lette simultaneamente fornendo un’uscita in codice (binario, Gray)
� Per ogni settore angolare si ha un codice differente
� Con un solo disco il numerodi settori angolari N è pari a:
N = 2n
Encoder assolutiEncoder assoluti
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76Funzionamento encoderFunzionamento encoder
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77
� Le n piste vengono lette da n fotorilevatori differenti
Encoder assolutiEncoder assoluti
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78
� Dal diametro del disco dipende il numero di piste n (n = numero di bit)
� Da n dipende la Risoluzione Angolare ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ :
n = 2 n = 2 ÷÷ 1616
360∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ ====°°°°
2 n
Encoder assolutiEncoder assoluti
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� In corrispondenza della zona limite non si conosce il valore assoluto della posizione
Encoder assolutiEncoder assoluti
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80
� CODICE GRAY:
cambia solo un bit alla volta
Encoder assolutiEncoder assoluti
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Binario tradizionale
Binario GREY Utilizzo di un numero di settori
minore
Le logiche digitaliLe logiche digitali81
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La capacità del cavo limita la frequenza di uscitaarrotondando il fronte d’onda delle onde quadre
ININ OUTOUT
ININ
OUTOUT
Frequenza massima di uscitaFrequenza massima di uscita
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0 2000 4000 6000 8000 10000100
10 k
rpm
N (
num
ero
di d
ivis
ioni
)
Frequenzemassime tipiche
10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz
[ ]ω maxmax= FN rpm60
0 2000 4000 6000 8000 10000100
10 k
rpm
N (
num
ero
di d
ivis
ioni
)
Frequenzemassime tipiche
10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz
[ ]ω maxmax= FN rpm60
Massima velocità angolareMassima velocità angolare
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84Encoder: immagini e riferimenti Encoder: immagini e riferimenti angolariangolari
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85Encoder: esempio di certificato di Encoder: esempio di certificato di taraturataratura
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86Encoder: il problema del giuntoEncoder: il problema del giunto
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87Encoder: il problema del giuntoEncoder: il problema del giunto
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Encoder: catalogoEncoder: catalogo 88
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Encoder: catalogoEncoder: catalogo 89
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Encoder: catalogoEncoder: catalogo 90