روتاری انکودر چیست؟

مشخصات فنی انکودر چرخشی

روتاری انکودر یا شفت انکودر، یک دیوایس الکترومکانیکی، که وضعیت زاویه ایی و یا حرکت یک شفت یا محور به یک کد دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می نماید. روتاری انکودرها به دو نوع اصلی افزایشی و مطلق دسته بندی می شوند. خروجی روتاری انکودر مطلق، موقعیت شفت را در همان لحظه نشان می دهد. خروجی روتاری انکودر افزایشی، اطلاعاتی در خصوص حرکت شفت به ما می دهد که در جایی دیگر به اطلاعاتی نظیر سرعت، مسافت و موقعیت تبدیل می شود.

انکودر نوری

در این تکنولوژی، یک نور از راه شکاف درون یک دیسک شیشه ایی یا فلزی به سمت یک دیود نوری تابانده می شود. این تکنولوژی، یکی از رایج ترین تکنولوژی هاست. انکودرهای نوری، به گرد و غبار بسیار حساس هستند.

انکودر مغناطیسی On-Axis

در این تکنولوژی، نوعا از یک مگنت نئودیمیوم 2 پل، مغناطیس شده که سایز آن با سایز شفت موتور یکسان است، استفاده می شود. دقت در این تکنولوژی بسیار پایین است و آپشن های رزولوشن زیادی به ما نمی دهد. در این تکنولوژی، عموما امکان گرفتن خروجی های پالس Z و یا UVW وجود ندارد. به دلیل استفاده از مگنت 2 پل، اعوجاج زیادی در خروجی وجود دارد.

انکودر مغناطیسی Off-Axis

در این تکنولوژی، عموما از مگنت های فریت دورپیچی شده در لاستیک که به یک توپی فلزی متصل است استفاده می شود و این موضوع امکان انعطاف پذیری در طراحی و هزینه پایین برای کاربردهای عمومی را فراهم می کند. به دلیل انعطاف پذیری در بسیاری از چیپ های انکودر Off-Axis، می توان آنها را برنامه ریزی کرد تا هر تعداد پهنای pole را قبول کنند لذا می توان چیپ را متناسب با کاربرد در هر موقعیتی قرار داد. از انکودرهای معناطیسی می توان در محیط های خشن که انکودرهای نوری قادر به کار نیستند استفاده کرد.

انکودر Absolute و Incremental

در یک انکودر Absolute، زمانیکه برق از سیستم برداشته می شود، اطلاعات موقعیت در انکودر حفظ می شود و به محض وصل مجدد برق اطلاعات قابل برداشت است. رابطه بین مقدار انکودر و موقعیت فیزیکی ماشینی که قرار است کنترل شود در زمان مونتاژ تنظیم شده است؛ و جهت حفظ دقت، نیازی نیست که سیستم به نقطه کالیبره برگردد.

یک انکودر Incremental، تغییرات موقعیت را بطور دقیق ثبت می کند اما یک رابطه ثابت بین وضعیت انکودر و وضعیت فیزیکی وجود ندارد. تجهیزاتی که با انکودرهای Incremental کنترل می شوند، جهت مقداردهی اولیه به نقطه مرجع ثابت، باید به محل ساخت خود برگردند.

روتاری انکودرهای multi-turn Absolute، شامل کدهای اضافه برای چرخ ها و gear ها هستند. یک چرخ با دقت بالا، چرخش های بسیار کوچک را اندازه گیری می کند و چرخ هایی با رزولوشن پایین، تعداد دور کامل یک شفت را اندازه گیری می کند.

یک انکودر Absolute، دارای کدرینگ های چندگانه با اوزان باینری متفاوت می باشد می باشد که یک کلمه دیتا را تولید می کند، این کلمه نمایانگر موقعیت مطلق انکودردر یک دور کامل است. این تایپ انکودر اغلب به نام انکودر Absolute پارالل شناخته می شود.

یک انکودر Incremental، بطور متفاوتی کار می کند به این صورت که خروجی پالس َA و B تولید می کند و اطلاعات قابل شمارشی به ما نمی دهد و شمارش در یک دستگاه الکترونیک خارجی ( کانتر) انجام می شود. نقطه ایی که شمارش وابسته به کانتر دستگاه الکترونیکی خارجی شروع می شود و نه بسته به موقعیت انکودر. جهت تولید اطلاعات موقعیت قابل استفاده، وضعیت اکودر باید به عنوان رفرنس دستگاه الکترونیکی متصل به آن قرار بگیرد، اینکار عموما با استفاده از یک پالس مرجع صورت می گیرد.

روتاری انکودر Absolute

انکودرهای Absolute دیجیتال، برای هر زاویه مشخص شفت، یک کد دیجیتالی واحد تولید می کنند. آنها در دو نوع اصلی مکانیکال و نوری ساخته می شوند.

• انکودر Absolute مکانیکال

یک دیسک فلزی، شامل یک ست حلقه های متمرکز به یک دیسک عایق متصل شده است که این ترکیب به شفت بصورت محکم وصل شده است. یک ردیف کنتاکت های لغزان به یک شی ساکن فیکس شده است بطوریکه هر کنتاکت در فاصله ای متفاوت از شفت به دیسک فلزی مالش پیدا می کند. زمانیکه دیسک همراه با شفت می چرخد، بعضی از کنتاکت ها با دیسک فلزی برخورد پیدا می کنند در حالیکه مابقی کنتاکتها در شکاف هایی می افتند که دیسک آنها را قطع کرده است. صفحه فلزی به یک منبع جریان الکتریکی متصل است و هر کنتاکت به یک سنسور الکتریکی جداگانه وصل شده است. قالب فلزی طوری طراحی شده است که همه وضعیت های ممکن محور را به یک کد باینری خاص تبدیل می کند(کنتاکت هایی که به مدار الکتریکی وصل هستند on و کنتاکتهایی که وصل نیستند کد off را تولید می کنند یعنی همان اعداد باینری یا صفر و یک. به دلیل اینکه کنتاکت های brush-type، دچار فرسایش می شوند، انکودرهایی که از کنتاکت استفاده می کنند رایج نیستند. آنها را می توان در کاربردهای با سرعت پایین نظیر ولوم های دستی، کنترل های تیونینگ، و گیرنده های رادیویی دید.

• انکودر Absolute نوری

دیسک انکودر نوری، از پلاستیک و یا شیشه ساخته شده است و دارای مناطق شفاف و غیر شفاف می باشد. یک منبع نور و یک آشکارساز نور، طرح های نوری ایجاد شده ناشی از موقعیت دیسک در هر لحظه را می خواند. اغلب از کد گری (Gray code) استفاده می شود. این کد توسط یک دستگاه کنترلی نظیر یک میکروپروسسور یا میکروکنترلر جهت تعیین زاویه شفت قابل خواندن است.

انکودرهای Absolute نوری آنالوگ، یک کد آنالوگ دوتایی منحصر به فرد، تولید می کند که قابل تبدیل به زاویه مطلق شفت است.

• انکودر Absolute مغناطیسی

در انکودرهای مغناطیسی از یک سری پل های مغناطیسی (2 یا بیشتر) جهت نشان دادن وضعیت انکودر به یک سنسور مغناطیسی استفاده می شود. سنسور مغناطیسی، وضعیت پل های مغناطیسی را می خواند.

این کد توسط دستگاه های کنترلی نظیر میکروپروسسور یا میکروکنترلر جهت تعیین زاویه شفت قابل خواندن می باشد. (همانند انکودرهای نوری) نوع آنالوگ آن ف یک کد دوتایی منحصر به فرد، تولید می کند که قابل تبدیل به زاویه مطلق شفت است. (با استفاده از یک الگوریتم خاص)

• انکودر Absolute خازنی

یک دیسک با شکلی نامتقارن درون انکودر می چرخد. این دیسک ظرفیت خازنی بین دو الکترود را تغییر می دهد که قابل اندازه گیری و محاسبه به مقدار زاویه است.

• انکودر Absolute مولتی ترن (multi-turn)

یک انکودر multi-turn، میتواند بیش از یک چرخش کامل را بخواند و ذخیره کند. اصطلاح انکودر مولتی ترن absolute، زمانی استفاده می شود که انکودر حرکت شفت خودش را حتی زمانیکه به منبع تغذیه خارجی متصل نیست تشخیص دهد و بخواند.

انکودرهای مولتی ترنی که با باتری کار می کنند.

این نوع انکودر از یک باتری جهت حفظ شمارش استفاده می کند و انرژی الکتریکی را جهت آشکارسازی حرکت شفت ذخیره می کند.

• انکودر مولتی ترن Geared

این انکودرها از یک رشته چرخ دنده استفاده می کنند و بصورت مکانیکال تعداد چرخش ها را ثبت می کنند. و ضعیت هر کدام از چرخ دنده ها با یکی از تکنولوژی های توضیح داده شده در بالا مشخص می شود.

• انکودر مولتی ترن Self-Powered

این انکودرها از اصل برداشت انرژی از شفت متحرک استفاده می کنند. این اصل که در سال 2007 معرفی شد از یک سنسور Wiegand جهت تولید الکتریسیته کافی برای پاور انکودر استفاده می کند و تعداد دورها را بر روی یک حافظه غیر فرار می نویسد (حافظه ایی که با قطع توان الکتریکی پاک نمی شود.).