Sinyal sorunları rehberi
Belirti: sinyal genliği her turda bir kez dalgalanıyor – eksenel salgı ve eksantrikliğin nedenleri ve teşhisi
Genlik zarfının her turda bir kez dalgalanması çoğunlukla eksenel salgıdan kaynaklanır: okuma aralığı genlik–aralık eğrisi üzerinde ileri geri kayar ve dalgalanma oranı yaklaşık olarak eğrinin bağıl eğimi ile salgının yarısının çarpımına eşittir. Eksantriklik yalnızca iz genişliği payı yetersiz olduğunda ortaya çıkar ve zarfta tek taraflı bir çukur oluşturur. Bu yazı iki mekanizmanın sayısal tahminini, dalgalanma oranı ölçütlerini ve ayırt etme adımlarını veriyor.
Osiloskop Z darbesiyle tetiklenip disk sabit hızda yavaşça döndürüldüğünde A ve B sinüslerinin zarfı birlikte yavaşça yükselip alçalır, tam olarak her turda bir kez. Lissajous dairesi de buna uyarak büyüyüp küçülür, ama her zaman daire olarak kalır. Turda bir kez değişen mekanik büyüklükler yalnızca iki türdür: disk yüzünün dönme eksenine göre eğikliği (eksenel salgı) ve çizgi merkezinin dönme eksenine göre kaçıklığı (eksantriklik). Her ikisi de genliği turda bir kez dalgalandırır, ancak mekanizmaları, büyüklükleri ve çözümleri tamamen farklıdır. Bu yazı üç soruyu yanıtlıyor: her biri ne kadar dalgalanma yaratır, ne kadarlık dalgalanma anormaldir ve ikisi nasıl ayırt edilir.
Belirti ve ölçütler
Önce olayı sayısallaştıralım. Z referans alınarak düşük hızda her periyotta A ve B’nin tepeden tepeye değeri okunur, zarf A(θ) elde edilir ve genlik dalgalanma oranı tanımlanır:
η = (A_max − A_min) / (A_max + A_min)
Kayıt sırasında üç noktaya dikkat edilmelidir: A ve B birlikte dalgalanmalıdır (yalnızca bir kanalın değişmesi genlik eşitsizliği sorunudur, ayrı bir yazıda ele alınıyor); birkaç turun senkron ortalaması alındıktan sonra dalgalanma hâlâ duruyorsa dönme açısına kilitlidir; dalgalanma tam olarak turda bir kezdir, iki ya da n kez değil.
A ve B aynı oranda büyüyüp küçüldüğünde atan2 enterpolasyonunun kendisi hata üretmez; genlik dalgalanmasının zararı dolaylıdır: en küçük genlikte sabit ofsetin bağıl değeri büyür, sinyal alarm eşiğine ve karşılaştırıcı histerezisine yaklaşılır, hata spektrumunda da N±1. mertebede yan bantlar oluşur. Aşağıdaki ölçütler örnektir ve ürünün alarm eşiğine ve ofset bütçesine göre ayarlanmalıdır:
| η | Değerlendirme |
|---|---|
| ≤ %3 | Genellikle normal montaj düzeyi |
| %3–%10 | Eksenel salgıyı ve nominal aralığı kontrol edin, A_min’de hâlâ pay olduğundan emin olun |
| > %10 veya A_min alarm eşiğinin 1,3 katının altında | Mutlaka müdahale edilmeli |
Mekanizma 1: eksenel salgı aralığı eğri üzerinde ileri geri kaydırır
Eksenel salgı (tepeden tepeye T), okuma noktasındaki aralığı g(θ) = g0 + (T/2)·cos(θ − θ_T) şeklinde değiştirir. Görüntüleme tipi yakın alan okumada temel dalganın modülasyon derinliğinin aralıkla ilişkisi şöyledir (türetme için kütüphanedeki Talbot etkisi yazısına bakın):
m(g) = cos(πλg/p²) · sinc(g·Δα/p)
Burada λ dalga boyu, p adım, Δα ölçüm yönündeki aydınlatma açı genişliğidir. Çalışma noktasındaki bağıl eğim S = (1/m)·dm/dg olarak tanımlanırsa, salgı çok büyük değilken:
η ≈ |S| · T / 2
Paralel ışıkta S = −(πλ/p²)·tan(πλg0/p²) olur. Bu iki şey söyler: nominal aralık 0’a yakınken eğri düzdür ve salgı genliği neredeyse etkilemez; temel dalganın sıfır noktası z_T/4 = p²/(2λ)‘ya yaklaştıkça aynı salgı daha büyük dalgalanma yaratır.
Hesap örneği: 5000 çizgi, r = 20 mm (p ≈ 25,1 μm), λ = 0,88 μm, Δα = 20 mrad varsayımıyla, eksenel salgı 40 μm:
| Nominal aralık g0 | m(g0) | S (%/μm) | η |
|---|---|---|---|
| 50 μm | 0,97 | −0,11 | %2,2 |
| 100 μm | 0,90 | −0,23 | %4,5 |
| 150 μm | 0,77 | −0,37 | %7,4 |
| 200 μm | 0,61 | −0,57 | %11,4 |
| 250 μm | 0,43 | −0,90 | %18,1 |
10000 çizgiye geçildiğinde (p ≈ 12,6 μm), g0 = 25 μm’de bile aynı 40 μm salgı yaklaşık %17 dalgalanma verir. Adım yarıya indiğinde p²/λ dörtte bire düşer ve eğri bütünüyle dikleşir (Şekil 2). S < 0 olduğundan en büyük genlik en küçük aralığa karşılık gelir; bu faz ilişkisi aşağıdaki ayırt etmenin dayanağıdır.
Mekanizma 2: eksantriklik pencereyi iz üzerinde radyal yönde gezdirir
Çizgi merkezi dönme ekseninden e kadar kaçık olduğunda okuma penceresi ize göre radyal yönde Δr = e·cos(θ − θ_e) kadar gezinir. İzin radyal genişliği W_t, pencerenin radyal yüksekliği H ve okuma kafasının radyal montaj kaçıklığı d0 ise tek taraflı pay:
m_r = (W_t − H)/2 − |d0|
e ≤ m_r iken pencere her zaman izin içindedir ve genlik etkilenmez; e > m_r olduğunda iz kenarına yaklaşılan açı aralığında genlik (e − m_r)/H kadar düşer ve bu düşüş 2·arccos(m_r/e) açı boyunca sürer.
Hesap örneği (varsayım): W_t = 0,6 mm, H = 0,5 mm, d0 = 30 μm ise m_r = 20 μm olur; 40 μm eksantriklikte en büyük genlik düşüşü %4’tür ve 120° sürer, kalan 240° boyunca genlik değişmez. Bu zarf “düz tepe ve tek taraflı çukur” biçimindedir, 2. harmonik 1. harmoniğin yaklaşık %70’ine ulaşır; eksenel salgının yarattığı zarf ise yaklaşık sinüs biçimindedir ve 2. harmonik 1. harmoniğin ancak %3 kadarıdır (Şekil 3).
Eksantrikliğin iki ek bağlantı yolu daha vardır: okuma noktası yarıçapının değişmesi yerel adımı tarama ızgarasıyla uyumsuz hâle getirir, genlik çarpanı sinc(n_w·Δr/r) olur, n_w penceredeki periyot sayısıdır; çizgi yönü ψ ≈ (e/r)·sinθ kadar döner, genlik çarpanı sinc(H·ψ/p) olur. n_w = 40, H = 0,5 mm, e = 50 μm, r = 20 mm alındığında bu iki terim yalnızca yaklaşık %1,6 ve %0,4’tür; üstelik ikisi de Δr² ve ψ² ile ilişkili olduğundan esas olarak turda iki kez değişim olarak görülür. Dolayısıyla eksantrikliğin yol açtığı turda bir kezlik genlik düşüşü neredeyse tamamen iz payının yetersizliğinden gelir.
Teşhis adımları
- Olayı doğrulayın: Z tetiklemesi ve birkaç turun senkron ortalamasıyla dalgalanmanın turda bir kez olduğunu ve A ile B’nin birlikte değiştiğini doğrulayın; η’yı ve en büyük genliğin bulunduğu dönme açısını hesaplayın.
- Zarfın biçimine bakın: Zarfın harmonik ayrışımını yapın; 2. harmoniğin 1. harmoniğe oranı küçük ve biçim sinüse yakınsa önce eksenel salgıyı, düz tepe ve çukur varsa önce eksantrik taşmayı inceleyin.
- Salgıyı ölçüp karşılaştırın: Komparatör saatiyle veya yer değiştirme sensörüyle okuma yarıçapında salgı T’yi ve fazını ölçün; aralığı şimlerle yaklaşık ±10 μm değiştirip üç noktada genliği ölçerek S’yi bulun; |S|·T/2’yi ölçülen η ile karşılaştırın ve en büyük genliğin en küçük aralıkla çakışıp çakışmadığını kontrol edin.
- Okuma kafasını çevre boyunca 90° kaydırıp yeniden ölçün: Her iki mekanizma da diskle birlikte döndüğünden zarfın fazı her iki durumda da 90° kaymalıdır. İki konumda ayrı ayrı karşılaştırın: zarf uç değerleri her zaman salgının uç değerleriyle çakışıyorsa eksenel salgıdır; her zaman disk dış çapının veya çizgi halkasının radyal salgı uç değerleriyle çakışıyorsa eksantrikliktir. Konum değiştirildiğinde salgı aynı kalırken η belirgin biçimde değişiyorsa, okuma kafasının yerel radyal montaj konumu söz konusudur; bu da taşmaya işaret eder.
- Okuma kafasını radyal yönde ince ayarlayın: Radyal yönde yaklaşık ±30 μm kaydırıldığında taşma tipindeki çukur belirgin biçimde derinleşir ya da kaybolur; salgı tipi ise neredeyse değişmez.
- Müdahale: Eksenel salgıda göbek alın yüzünün diklik hatasını, temas yüzeyindeki parçacıkları ve yapıştırıcı tabakasının kalınlığını kontrol edin; eksantriklikte merkezleme aparatını ve iz genişliği tasarımını kontrol edin.
Mühendislik notları
- Önce dalgalanmayı η olarak sayısallaştırın, ardından η ≈ |S|·T/2 ile salgıyı geriye doğru hesaplayıp ölçümle uyuşup uyuşmadığına bakın.
- Nominal aralık z_T/4’e ne kadar yakınsa salgıya duyarlılık o kadar yüksektir; 5000 çizgi, r = 20 mm’de g0 değeri 100 μm’den 200 μm’ye kaydırıldığında aynı salgıdaki η yaklaşık 2,5 katına çıkar.
- İnce adımlı disklerde eksenel salgı toleransı önemli ölçüde daraltılmalıdır: adım yarıya inince p²/λ dörtte bir olur ve küçük aralıklardaki eğim yaklaşık 16 katına çıkar.
- İzin radyal genişliği en az “pencere yüksekliği + 2 × (eksantriklik toleransı + okuma kafası radyal montaj toleransı)” olarak tasarlanmalıdır; aksi takdirde eksantriklik tek taraflı çukur olarak ortaya çıkar.
- Zarfın harmonik oranı hızlı bir ölçüttür: 2. harmoniğin 1. harmoniğe oranı küçükse eksenel salgıyı, büyükse taşmayı gösterir.
- Genlik dalgalanmasının kendisi doğrudan enterpolasyon hatası üretmez, ancak sabit ofsetin etkisini büyütür ve alarm payını daraltır; A_min’deki pay ayrıca hesaplanmalıdır.
Özet
Turda bir kezlik genlik dalgalanmasında eksenel salgı tipi, aralığın genlik–aralık eğrisi üzerinde ileri geri kaymasıdır ve büyüklüğü eğri eğimiyle salgı birlikte belirler; eksantriklik tipi yalnızca iz payı yetersiz olduğunda görülür ve zarfta tek taraflı çukur oluşturur. Zarfın biçimi, ölçülen salgıdan yapılan hesap, okuma kafasının yer değiştirmesi ve radyal ince ayar gibi birkaç adımla ikisi ayrılabilir; ardından sırasıyla alın yüzü dikliği ve merkezleme ile iz genişliği üzerinden çözülür.
Çince orijinal makalenin çevirisi (0201). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.