انکودر (Encoder) چیست؟
به زبان ساده انکودر یا انکدر یک تجهیز سنجش است که بازخورد (feedback) دارد و از آنها با عنوان رمزگذار نیز یاد میشود. انکودر ها حرکت را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. به عبارتی میتوانند توسط برخی از انواع دستگاه های کنترل در یک سیستم کنترل مانند شمارنده یا PLC خوانده شود. این دستگاه یک سیگنال بازخورد (feedback) ارسال می کند که می تواند برای تعیین موقعیت، شمارش، سرعت یا جهت استفاده شود.
مطالب مرتبط :
انکودر افزایشی (Incremental Encoder) چیست؟
نوعی تجهیز کدگذار است که حرکت زاویه ای یا موقعیت شفت را برای شناسایی موقعیت یا حرکت به کد آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کند. این نوع دستگاه ها یکی از پرکاربرد ترین انکودرهای چرخشی هستند.
یک انکودر افزایشی را می توان در کاربرد های بازخورد موقعیت (Feedback) و سرعت موتور استفاده کرد که شامل کاربرد های سروو/سبک، صنعتی یا سنگین می شود. این مدل از انکدرها بازخورد بسیار خوبی برای سرعت و مسافت ارائه می‌کنند.
انکودر افزایشی چگونه کار می کند؟
یک انکودر افزایشی مقدار مشخصی از پالس ها را در یک چرخش فراهم می کند. خروجی می تواند یک خط تک پالس (یک کانال “A”) یا دو خط پالس (یک کانال “A” و “B”) باشد که به منظور تعیین چرخش تنظیم می شوند. به این مرحله بندی بین دو سیگنال، مربع سازی (quadrature) گفته می شود.
یک انکودر نوری افزایشی، شامل یک مجموعه محور گردان، PCB و Coverاست. PCB حاوی یک سنسور نوری است که فقط دو سیگنال اصلی را برای موقعیت و سرعت ایجاد می کند. برای یک انکودر نوری افزایشی، یک سنسور نوری، نور را هنگام عبور از یک دیسک علامت گذاری شده تشخیص می دهد. دیسک با چرخش مجموعه صفحه حرکت می کند و اطلاعات توسط PCB به پالس تبدیل می شود. برای یک انکودر مغناطیسی افزایشی، سنسور نوری با یک سنسور مغناطیسی جایگزین می شود و دیسک چرخان حاوی یک سری قطب های مغناطیسی است.
کانال شاخص انکودر (Z) :
یک کانال شاخص یا “Z” را می توان به عنوان یک سیگنال در هر چرخش یک پالس برای تایید خانه و تعداد پالس در کانال های A و/یا B ارائه کرد. این شاخص را می توان برای A یا B در حالت های مختلف آنها استفاده کرد. کانال های کموتاسیون (U، V، W) نیز می توانند در برخی از انکودر ها ارائه شوند. این سیگنال ها با سیم پیچ های کموتاسیون موجود در سروو موتور ها هماهنگ می‌شوند. آنها همچنین اطمینان حاصل می کنند که درایو یا تقویت کننده برای آن موتور ها جریان را به هر سیم پیچ به ترتیب صحیح و در سطح صحیح اعمال می کند.
تفاوت رمزگذار های افزایشی و رزلور ها (Resolvers):
رزلورها ساختار الکترومکانیکی انکودر ها هستند که بر اساس فناوری های مربوط به جنگ جهانی دوم کار می کنند. جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی در طول یک سیم پیچ مرکزی ایجاد می کند. دو سیم پیچ وجود دارد که بر یکدیگر عمود هستند. یک سیم پیچ در جای خود ثابت است و سیم پیچ دیگر با حرکت جسم حرکت می کند. تغییرات در قدرت و مکان دو میدان مغناطیسی متقابل به رزلور اجازه می دهد تا حرکت جسم را تعیین کند.
تفاوت رمیزگذار های های افزایشی و رمزگذار های مطلق :
انکودر های مطلق در شرایطی کار می کنند که دقت سرعت و موقعیت، تحمل خطا آن بیشتر از سادگی سیستم مهم است.انکودر مطلق این توانایی را دارد که با توجه به موقعیت خود در صورت خاموش شدن سیستم، “بداند کجاست” و اگر انکودر در حین خاموش شدن حرکت کند، دوباره راه اندازی شود. این نوع انکدر خود اطلاعات موقعیت یابی را پردازش می کند برای ارائه یک شاخص پایه برای موقعیت انکودر نیازی به تکیه بر تجهیزات الکترونیکی خارجی ندارد. به خصوص در مقایسه با رزولور ها و انکودر های افزایشی، نقطه قوت آشکار رمزگذار های مطلق این است که چگونه دقت موقعیت یابی آنها بر عملکرد کلی آن تأثیر می گذارد. بنابراین معمولاً این انکدر ها برای کاربرد های با دقت بالاتر مانند CNC، پزشکی و رباتیک است.
موارد استفاده و کاربرد های رمزگذار افزایشی:
یک انکودر افزایشی به گونه‌ای طراحی شده است که توانایی انجام کار های مختلف را داشته باشد و همچنین قابل تنظیم باشد تا با طیف گسترده‌ای از کاربرد ها مطابقت داشته باشد. سه دسته کلی از کاربرد های آن بر اساس محیط عبارتند از:
- کاربری سنگین (Heavy Duty) : شرایط محیطی سخت با احتمال زیاد آلاینده ها و رطوبت، دمای بالا، شوک و ارتعاش مورد نیاز همانطور که در کارخانه های خمیر کاغذ، کاغذ، فولاد و چوب دیده می شود.
- کاربرد صنعتی: محیط کارخانه که به درجه بندی IP استاندارد، شوک متوسط، لرزش و مشخصات دما نیاز دارد همانطور که در کارخانه های مواد غذایی و نوشیدنی، نساجی، معمولاً کارخانه های اتوماسیون کارخانه دیده می شود.
- کاربری سبک (Light Duty) : محیط کنترل شده با دقت و دمای بالا مانند رباتیک، الکترونیک و نیمه هادی ها.
انکودر مربع ساز quadrature چیست؟
یک انکودر مربعی یک انکودر افزایشی با 2 کانال خروجی (که هم فاز نیستند) است که در بسیاری از کاربرد های اتوماسیون عمومی که در آن تشخیص جهت حرکت مورد نیاز است استفاده می شود. هر کانال تعداد مشخصی از پالس های با فواصل مساوی در هر دور (PPR) را ارائه می‌کند و جهت حرکت با رابطه فازی یک کانال که کانال دیگر را هدایت می‌کند یا دنبال می‌کند، شناسایی میشود.
انکودر مربعی (quadrature) چگونه کار می کند؟
دیسک کد داخل یک انکودر مربعی شامل دو مسیر است که معمولاً کانال A و کانال B را نشان می‌دهند. این مسیرها یا کانال‌ها، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، نود درجه الکتریکی کد گذاری شده‌اند که در تصویر زیر نشان داده شده است و این عنصر کلیدی طراحی است که مربع‌سازی را فراهم می‌کند. در کاربرد هایی که سنسور جهت مورد نیاز است، یک کنترل‌کننده می‌تواند جهت حرکت را بر اساس رابطه فاز بین کانال‌های A و B تعیین کند. همانطور که در شکل انکودر نوری مثال زیر نشان داده شده است. هنگامی که انکودر در جهت عقربه های ساعت می‌چرخد سیگنال، کانال پیشرو B را نشان می‌دهد. همچنین زمانی که انکودر مربعی در خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخد، برعکس اتفاق می‌افتد.
به غیر از جهت، موقعیت را می توان با یک انکودر مربعی با تولید سیگنال دیگری به نام “مارکر”، “شاخص” یا “کانال Z” کنترل کرد. این سیگنال Z که یک بار در هر دور کامل رمزگذار مربعی تولید می شود، اغلب برای مکان یابی یک موقعیت خاص در طول یک چرخش 360 درجه استفاده می شود.
چگونه و چه زمانی از انکودر مربعی استفاده کنیم؟
انکدر های مربعی در کاربرد های سنجش موقعیت و اندازه گیری طول دو طرفه استفاده می شوند. با این حال، در برخی از کاربرد های شروع-توقف یک طرفه، داشتن اطلاعات دو طرفه (کانال A و B) مهم است حتی اگر چرخش معکوس شفت پیش بینی نشده باشد. یک خطا در شمارش ممکن است با یک انکودر تک کاناله به دلیل لرزش دستگاه، در سیستم رخ دهد. به عنوان مثال، یک خطا در شمارش ممکن است با یک انکودر تک کانال در یک کاربرد شروع/توقف رخ دهد.
اگر زمانی که شکل موج خروجی در حال انتقال است، چرخش مکانیکی آن متوقف شود. از آنجایی که ارتعاشات مکانیکی بعدی شفت، خروجی را در لبه به عقب و جلو هدایت می کند، شمارنده با هر انتقال افزایش می یابد، حتی اگر سیستم تقریباً متوقف شود. با استفاده از یک انکودر مربعی، شمارنده انتقال در رابطه خود با وضعیت کانال مقابل را نظارت می کند و می تواند اطلاعات موقعیت قابل اعتمادی را ایجاد کند.
دستیابی به وضوح بالاتر با انکودر های Quadrature :
هنگامی که به رزولوشن بیشتری نیاز است، شمارنده می‌تواند لبه‌های پیشرو و انتهایی قطار پالس انکودر مربعی را از یک کانال شمارش کند که تعداد پالس‌ها را در هر دور دو برابر می‌کند. شمارش لبه های پیشرو و انتهایی هر دو کانال (کانال های A و B) یک رمزگذار مربعی، تعداد پالس ها را در هر دور چهار برابر می کند. این تکنیک به عنوان انکودر شناخته می شود و به نحوه خواندن کد سیگنال از طریق درایو کاربر، PLC یا کنترلر بستگی دارد. در نتیجه، 10000 پالس در هر نوبت را می توان از یک انکودر مربعی 2500 PPR تولید کرد. به طور معمول با انکودر، این سیگنال 4x تا بیش از 1± شمارش دقیق خواهد بود. به همین ترتیب، 40000 پالس را می توان از یک رمزگذار مربعی 10000 PPR تولید کرد.
با فعال کردن لبه‌های بالا و پایین قطار پالس، می‌توانیم شمارش‌ها را در هر دور از همان دیسک انکودر مربعی را دو برابر یا چهار برابر کنیم.
این تکنیک می تواند روشی موثر برای افزایش رزولوشن بدون تغییر دیسک کد باشد. با این حال، به یک خروجی موج مربعی با عملکرد مناسب برای تشخیص موثر نیاز دارد. باید در انتخاب درایور خروجی دقت کرد. به خصوص در کابل های طولانی یا در محیط هایی که سر و صدای زیادی دارند. دقت خروجی انکودر مربعی نیز باید در نظر گرفته شود زیرا این نیز در ضریب رمزگذاری ضرب می شود.
چگونه یک انکودر Quadrature انتخاب کنیم؟
می توان از انکودر شفت دار با کوپلر استفاده کرد. انکودر hollow shaft گزینه دیگری است که برای دقت بیشتر، شفت موتور از داخل رمزگذار عبور می کند. اگر موتور شما در یک محیط آلوده یا کثیف استفاده می شود، انکودر مغناطیسی مطمئن ترین بازخورد را ارائه می دهد.
انکودر نوری (Optical Encoder) چیست؟
انکودر نوری نوعی انکودر چرخشی است که از یک سنسور برای شناسایی تغییر موقعیت هنگام عبور نور از چرخ یا دیسک طرح‌دار انکودر استفاده می‌کند.
در یک انکودر نوری چهار جزء وجود دارد:
- منبع نور (چراغ LED)
- یک سنسور
- یک دیسک متحرک
- یک ماسک ثابت
طرز کار optical encoder نوری:
LED از یک طرف به شفت انکودر نوری می تابد. دیسک انکودر یا دیسک دارای یک سری آهنگ بر روی خود است، شبیه به شیارهای متحدالمرکز در یک LP. ماسک دارای یک مسیر متناظر برای هر مسیر روی دیسک رمزگذار نوری است و سوراخ های کوچکی به نام پنجره در امتداد مسیرهای موجود در ماسک ایجاد می‌شوند. همانطور که دیسک حرکت می کند، روزنه های مختلف در ماسک پوشیده یا باز می شوند که حرکت و موقعیت رمزگذار شافت نوری را نشان می دهد. هر قوس در چرخش موقعیت متفاوتی را نشان می‌دهد و دارای الگوی متفاوتی از روزنه های باز/بسته است. سنسور پشت ماسک الگوی فعلی انکودر های نوری را شناسایی می کند.
نقش موتور انکدر برای تعیین اطلاعات:
هر سنسور نشان دهنده یک سیگنال واحد برای انکودر نوری است. یک مسیر می‌تواند شامل دو سنسور باشد که برای دادن دو سیگنال کمی متفاوت به طور همزمان تنظیم می‌شوند. این سیگنال های افست میتوانند توسط موتور انکودر نوری برای تعیین اطلاعات دقیق‌تر حرکت، مانند سرعت استفاده شوند. مسیر دوم می تواند برای دادن یک پالس شاخص یک بار در هر دور استفاده شود و روشی برای جهت دهی سیگنال ها ارائه می دهد.
انکدر های چرخشی نوری آرایه فازی:
قابل اعتمادتر از انکودر های نوری ماسک اولیه، انکودر های چرخشی نوری آرایه فازی هستند. انکودر های نوری از خروجی های سیگنال متعدد برای ایجاد میانگین گیری با هم استفاده می کنند تا یک سیگنال واحد ایجاد کنند که توسط خروجی موتور ایجاد می شود.
طرز کار انکدر های چرخشی نوری آرایه فازی:
این سیگنال چندگانه که توسط یک انکودر شفت نوری استفاده می شود آرایه نامیده می شود. با استفاده از میانگین ها به جای یک خواندن واحد، انکودر آرایه اپتیکال فازی سیگنال های بسیار پایدارتری دارند. بنابراین می توان از آنها در محیط های کمتر پایدار مانند استخراج یا تولید سنگین استفاده کرد. جایی که لرزش یا شوک می تواند روی رمزگذار شافت نوری ماسک سنتی تأثیر بگذارد.
فناوری موتور های مغناطیسی:
یک رمزگذار مغناطیسی از همان اصل برای تعیین موقعیت یک رمزگذار شفت نوری استفاده می کند اما این کار را با استفاده از میدان های مغناطیسی به جای نور انجام می دهد.
با یک انکودر مغناطیسی، یک چرخ مغناطیسی بزرگ روی صفحه ای از سنسور های مقاومت مغناطیسی می چرخد. همانطور که دیسک روی ماسک می چرخد تا نور را با الگو های قابل پیش بینی عبور دهد. چرخ نیز بر اساس قدرت میدان مغناطیسی، پاسخ های قابل پیش بینی را در سنسور ایجاد می کند. پاسخ مغناطیسی از طریق یک مدار الکتریکی تنظیم کننده سیگنال تغذیه می شود. انکودر مغناطیسی به عنوان تجهیزی برای تولید سیگنال این است که تحت تأثیر محیط های بسیار سخت از جمله گرد و غبار، رطوبت، دما های شدید و شوک قرار نمی گیرد.
حرف آخر
گروه صنعتی سپیانی متشکل از مهندسین با تجربه و متخصص، آماده ی ارائه خدمات اتوماسیون صنعتی میباشد. از جمله خدمات اصلی گروه ما مشاوره، تعمیر و نگهداری و طراحی و راه اندازی اتوماسیون خطوط تولید انواع کارخانه ها است. در کنار خدمات اتوماسیون صنعتی میتوانید انواع قطعات صنعتی مرتبط با اتوماسیون را از فروشگاه اختصاصی ما خریداری بفرمایید. جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید با ما در ارتباط باشید.
