انکودر چیست

انکودر چیست ؟

انکودر چیست ؟ انکودر ( Encoder) سنسوری  الکترومکانیکی است که حرکت مکانیکی را به سیگنال‌های دیجیتال در خروجی تبدیل می‌کند.

با استفاده از انکودر می‌توان اطلاعاتی نظیر موقعیت، سرعت و جهت حرکت را مشخص نمود.

انکودرها به طور کلی به دو دسته زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• انکودر دورانی یا Rotary Encode
• انکودر خطی یا Linear Encoder

از سوی دیگر، هرکدام از انکودرهای فوق میتوانند به صورت زیر دسته‌های زیر، طبقه‌بندی شوند:

• انکودر افزایشی یا Incremental Encoder
• انکودر مطلق یا Absolute Encoder

انکودر افزایشی، با حرکت جسم، رشته‌ای پالس تولید می‌کند که می‌تواند موقعیت و سرعت جسم را مشخص نماید.
انکودر مطلق ساختاری از بیت‌های خاصی را تولید میکند که میتواند موقعیت دقیق جسم را مشخص کند.

ساختار این دو نوع انکودر کاملا شبیه یکدیگر می‌باشد اما ویژگیهای فیزیکی و نحوه پردازش حرکت آنها متفاوت است.

ادامه مطلب انکودر چیست …

انکودر افزایشی دورانی (Rotary Incremental Encoder)

انکودر افزایشی دورانی با نام انکودر پالس مربعی (Quadrature Encoder) نیز شناخته می‌شود.
خروجی این نوع انکودر به صورت پالس بوده و بر حسب پالس بر دور اندازه‌گیری می‌شود.

این نوع انکودر از تکنولوژی مکانیکی، نوری و یا مغناطیسی برای تبدیل حرکت به پالس استفاده می‌کند.

نوع مکانیکی این نوع انکودر، به دلیل محدودیت سرعت دورانی، تقریبا منسوخ شده‌اند.

در نوع نوری، یک دیسک با شیارهایی با ابعاد و فواصل یکسان وجود دارد.

یک منبع نور ، که عموما یک فتو دیود است، در مقابل این شیارها قرار داده می‌شود.

در سوی دیگر این شیارها، یک عدد گیرنده، که عموما یک فتو‌ترانزیستور است، قرار داده می‌شود.

با دوران دیسک، نور به صورت منقطع توسط گیرنده دریافت می‌شود که باعث ایجاد رشته‌ای از پالس در خروجی می‌شود.

ادامه مطلب انکودر چیست …

 

تعداد کانال

چنانچه تعداد فتودیود و گیرنده یک جفت باشد، انکودر تک کانال محسوب می‌شود که فقط دارای سیگنال A می‌باشد.

انکودر تک کانال مناسب برای تشخیص جهت حرکت نبوده و فقط سرعت حرکت جسم را مشخص می‌کند.

چنانچه علاوه بر سرعت، تعیین جهت حرکت نیز الزامی باشد، باید از انکودر دو کانال استفاده نمود.

انکودرهای دو کانال، دارای دو جفت فتودیود و گیرنده بوده و بنابراین دو سیگنال A و B تولید می‌کند.

سیگنال‌های A و B با یکدیگر 90 درجه اختلاف فاز دارند که باعث تشخیص جهت حرکت خواهند شد.

برخی از انکودرها دارای کانال سومی هستند که با نام سیگنال Z شناخته می‌شود.

بر روی دیسک انکودرهای سه‌کانال، یک شیار تک دیگر و یک جفت فتودیود و گیرنده نیز وجود دارد.

توسط سیگنال Z ، انکودر قادر خواهد بود که موقعیت جسم را نیز تعیین کند.

در‌واقع با ارسال سیگنال Z و شمارش تعداد سیگنالهای A و B بعد از آن، انکودر قادر به تشخیص موقعیت شفت خواهد بود.

متاسفانه با قطع و وصل تغذیه انکودر‌های افزایشی ، آخرین وضعیت موقعیت جسم از دست خواهد رفت.

بنابراین جسم باید به یک نقطه مرجع بازگشته و مجدد حرکت را آغاز نماید.

چنانچه موقعیت دقیق جسم مورد نیاز باشد، باید بجای انکودر افزایشی از انکودر نوع مطلق استفاده نمود.

در شکل‌های زیر، وضعیت فتودیود، گیرنده و دیسک انکودر مطلق 3  کانال نمایش داده شده است.

ادامه مطلب انکودر چیست …

 

انکودر دورانی مطلق (Rotary Absolute Encoder)

ساختار این نوع انکودر هم دقیقا نظیر انکودر دورانی افزایشی می‌باشد. یعنی در این انکودر نیز از یک چشمه نور (فتودیود) و یک گیرنده استفاده می‌شود. دیسک این نوع انکودر با انکودر افزایشی متفاوت بوده  و دارای شیار‌های یکسان نیست.

به جای شیار‌های یکسان، شیارهای آن با ابعاد متفاوت و با الگوی دایره‌های هم‌مرکز ایجاد شده‌اند. بین دیسک و گیرنده نیز، یک ماسک ایستگاهی (Stationary Mask) قرار داده شده است. ساختار کدهای تولیدی، مطابق ساختار نور دریافتی توسط گیرنده، به کدهای خاکستری (Gray Code) تبدیل میشوند. سیگنال خروجی انکودر مطلق متناسب با موقعیت شفت، به صورت بیت‌های دیجیتال خاص می‌باشد. ساختار بیت‌های خروجی، تعیین موقعیت بسیار دقیق شفا را میسر می‌سازد.

در شکل زیر شماتیک ساختار داخلی انکودر مطلق نوری نمایش داده شده است.

ادامه مطلب انکودر چیست …

 

 انکودر‌های دورانی مغناطیسی (Magnetic Rotary Encoders)

انکودر مغناطیسی دورانی دارای 2 قسمت اصلی شامل، روتور و سنسور می‌باشد. بر روی روتور، قطبهای شمال و جنوب آهنربایی با فواصی مشخص و یکسان وجود دارد. با دوران روتور، سنسور تغییرات جزئی موقعیت از N به S و از S به N را تشخیص می‌دهد. روش‌های بسیار زیادی برای تشخیص تغییرات میدان مغناطیسی وجود دارد اما دو روش زیر پرکاربردتر می‌باشند:

• اثر هال (Hall Effect)
• مقاومت مغناطیسی (Magneto Resistive)

سنسور، در روش تشخیص اثر هال، براساس تغییرات ولتاژ ناشی از خمش مغناطیسی الکترون‌ها کار می‌کند. در حالیکه در روش مقاومت مغناطیسی، سنسور تغییرات مقاومت ناشی از میدان مغناطیسی را سنجش می‌کند. قیمت و دقت سنسورهای اثر هال نسبت به سنسورهای مقاومت مغناطیسی پایین‌تر است. انکودرهای مغناطیسی با سه ایراد عمده انکودرهای نوری، که در زیر آمده، روبرو نیستند.

• خرابی آب‌بند (Seal) که باعث ورود آلاینده‌ها به داخل انکودر و خرابی آن می‌شوند.
• شکستن دیسک انکودرهای نوری به دلیل لرزش یا ضربه
• خرابی بلبرینگ‌های انکودرهای نوری

انکودرهای مغناطیسی دورانی برای استفاده در محیط‌های با آلودگی بالا بسیار مناسب می‌باشند.

شماتیک انکودر مغناطیسی و یه مدل آن در تصاویر زیر نمایش داده شده است.

ادامه مطلب انکودر چیست …

 

انکودر خطی (Linear Encoder)

انکودر خطی سنسوری است که مقیاس‌های کد‌گذاری موقعیت را قرائت می‌کند. سنسوردرونی ، مقیاس مدرج را قرائت کرده و موقعیت را به سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می‌کنند. سپس سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال به بازخوانی دیجیتال (Digital Readout) تبدیل می‌شوند. انکودر خطی، حرکت را با توجه به تغییرات موقعیت در بازه زمان تشخیص می‌دهد. هر دو نوع انکودر خطی نوری و مغناطیسی، از متد فوق استفاده می‌کنند و تفاوت آنها در ویژگیهای فیزیکی آنهاست.

ادامه مطلب انکودر چیست …

اصول کاری انکودر‌های خطی نوری (Optical Linear Encoders)

منبع نور و لنز، پرتو‌های نوری موازی تولید می‌کنند که از روی ریز‌شبکیه اسکن کننده عبور می‌کنند. سپس نور از 4 پنجره موجود روی اسکن‌کننده، که به صورت مجزا و با چیدمان 90 درجه‌ای هستند، عبور می‌کند. بعد از آن، 4 دسته نور مجزا، از روی شیشه مدرج عبور کرده و توسط گیرنده دریافت می‌شوند. حال چنانچه شیشه مدرج، که به جسم متصل است، حرکت نماید، تغییرات نور دریافتی توسط گیرنده حس می‌شود. سپس گیرنده، تغییرات را به موج‌های سینوسی تبدیل می‌کند. نهایتا، سیستم الکترونیکی موج‌های سینوسی را به دو سیگنال متقارن که با یکدیگر 90 درجه اختلاف فاز دارند، تبدیل میکند. بر روی ریز‌شبکیه اسکن کننده، پنجره پنجمی هم وجود دارد که مربوط به موقعیت مرجع می‌باشد.

چنانچه نور عبوری از این پنجره، از قسمت مرجع شیشه مدرج عبور کند، سیگنال مرجع در خروجی ایجاد می‌شود. هر دو پنجره از 4 پنجره اول، مربوط به سیگنا A و B می‌باشند که باعث افزایش دقت قرائت انکودر می‌شوند. پنجره پنجم نیز مربوط به سیگنال مرجع یا Z می‌باشد. در بعضی انکودرها فقط سه عدد پنجره بر روی ریز شبکیه وجود دارد.  که 2 عدد مربوط به سیگنالهای A و B و یک عدد مربوط به سیگنال Z خواهد بود. لازم به ذکر است که سازندگان انکودر، از ساختارهای متفاوتی استفاده می‌کنند اما اصول کاری تمامی آنها، مطابق با موارد ذکر شده می‌باشد.

در شکل زیر، شماتیک ساختار انکودر خطی نوری نمایش داده شده است.

ادامه مطلب انکودر چیست …

 

اصول کاری انکودر‌های خطی مغناطیسی (Magnetic Linear Encoders)

در انکودر خطی مغناطیسی، یک سنسور قرائت کننده مغناطیسی و یک مقیاس مدرج مغناطیسی وجود دارد. بر روی مقیاس مدرج، قطبهای شمال و جنوب آهنربایی با فواصل یکسان و یکی در میان قرار دارد. با عبور مقیاس مدرج متصل به جسم از جلوی سنسور، تغییرات میدان مغناطیسی توسط سنسور قرائت می‌شود. سپس این تغییرات به سیگنالهای A،  B و Z تبدیل شده و به صورت آنالوگ یا TTL در خروجی قرار می‌گیرد. فرکانس سیگنالهای خروجی متناسب با سرعت و مقدار جابجایی تغییر خواهند کرد. از آنجا که به جای نور از میدان مغناطیسی استفاده شده، لذا این نوع انکودر برای استفاده درمحیط‌های آلوده مناسب است.

گرد و غبار، روغن، آلودگیهای محیطی و همچنین نور محیط، بر عملکرد این نوع انکودر تاثیر نمی‌گذارد.

ادامه مطلب انکودر چیست …

انکودر کموتاسیون (Commutation Encoder)

اجزاء تشکیل دهنده انکودر کموتاسیون دقیقا نظیر انکودرهای افزایشی است. دیسک آنها شفاف است که بر روی آن قسمتهای مات با فواصل یکسان برای تشخیص حرکت وجود دارد. پرتو نور ارسالی از فتودیود از قسمتهای شفاف عبور کرده و باعث تولید پالس در خروجی انکودر میشود. اما بر روی لبه بیرونی دیسک آنها، شیارهای کموتاسیون (Commutation Tracks) برای خروجی U/V/W وجود دارد. کار این شیارها، ارسال اطلاعات دقیق از موقعیت قطب‌های الکتروموتور به کنترل کننده است. با اطلاعات دقیق، کنترلر جریان مناسب و موثر برای ادامه حرکت یکنواخت الکتروموتور را تنظیم می‌کند.

خروجی کموتاسیون برای U/V/W میتواند به یکی از دو شکل زیر باشد:

• خروجی دیفرانسیلی (Differential Output)

• خروجی کلکتور باز (Open-Collector Output)

ادامه مطلب انکودر چیست …

نحوه انتخاب انکودر مناسب

در انتخاب انکودر مناسب باید موارد زیر به دقت بررسی شوند:

• نوع خروجی

نوع خروجی مناسب بسته به نوع کاربرد انکودر مشخص می‌شود که در دو نوع افزایشی و مطلق طبقه‌بندی میشود. خروجی نوع افزایشی به صورت پالس مربعی است که یا صفر و یا حداکثر ولتاژ تغذیه است. خروجی انکودر افزایشی با واحد پالس بر دور محاسبه می‌شود که در واقع معرف رزولوشن انکودر است. خروجی انکودر مطلق برای هر موقعیت به صورت یک word دیجیتال بوده و بر حسب واحد بیت ارائه می‌شود. چنانچه رزولوشن یک انکودر افزایشی 1024 پالس بر دور باشد، رزولوشن انکودر مطلق معادل آن به صورت:

2¹⁰ = 1024

خواهد بود.

• رزولوشن انکودر

رزولوشن باید مطابق نوع کار و سرعت دوران انتخاب شود. با افزایش رزولوشن دقت انکودر بالا میرود. باید توجه داشت که افزایش رزولوشن باعث افزایش قیمت انکودر نیز خواهد شد.

ادامه مطلب انکودر چیست …

• نویز و طول کابل

توصیه می‌شود کابل انکودر از نوع شیلد‌دار و جفت به هم تابیده شده (Twisted Pair)  با کاپاسیتانس پایین باشد.کاپاسیتانس (Capacitance) ظرفیت خازنی کابل است . هر چه طول کابل انکودر بیشتر باشد، نویزهای محیطی بر روی آن تاثیر منفی خواهد گذاشت. نویز باعث می‌شود شکل پالس از شکل مربعی به  شکل دندانه‌ اره‌ای تغییر کند. بنابراین، در حد امکان، از کوتاه‌ترین طول کابل انکودر استفاده شود.

• کانال خروجی

تعداد کانالهای خروجی باید بر اساس نوع کار انتخاب شود. برخی انکودرها فقط دارای سه کانال A, B , Z هستند در حالیکه برخی سه سیگنال معکوس را نیز دارند. برخی انکودرها دارای خروجی مودباس، سریال و … نیز می‌باشند.

• نحوه اتصال ، نوع پوشش و نوع نصب

بسته به محیط کاری، جنس بدنه و کلاس حفاظتی آن تغییر می‌کند. ضمنا، اینکودرهای دورانی میتوانند شفت‌دار، بدون شفت (Blind) و یا بدون شفت راه بدر (Hollow) باشند. در زمان نصب انکودر باید محور انکودر با محور قطعه دوران کننده کاملا هم راستا باشد. برای اتصال انکودر به قطعه دوار، بهترین راه استفاده از کوپلینگ مخصوص میباشد تا بدین ترتیب کوپلینگ بتواند انحرافات مجاز عدم همراستایی را پوشش داده و از وارد شدن نیروهای شعاعی و محوری مخرب به شفت و بلبرینگ انکودر جلوگیری نماید. متاسفانه در بسیاری موارد نصب انکودر با استفاده از بوش صورت میگیرد که باعث کاهش عمر کاری انکودر خواهد شد.

ادامه مطلب انکودر چیست …

واژگان مورد استفاده در مبحث انکودر چیست

• Line Driver
  
  یک نوع خروجی سورس (Sourcing Output) است. در حالت روشن پالس، خروجی بیشترین ولتاژ تغذیه و در حالت پالس خاموش، خروجی Float است. برای کاربرد این نوع انکودر، ورودی باید از نوع Sink باشد.

• Open Collector :
  
  یک خروجی سینک (Sinking Output) است. در حالت پالس روشن، مسیری برای اتصال خروجی به سمت زمین باز می‌شود. در حالت پالس خاموش، خروجی Float است. ورودی این نوع انکودر باید از نوع Source باشد

Push-Pull :

ترکیبی از Line Driver و Open Collector است در حالت پالس روشن، خروجی بیشترین ولتاژ تغذیه و در حالت پالس خاموش، خروجی زمین است.

ادامه واژگان مبحث انکودر چیست :

• CPR : مخفف Cycle Per Revolution یا   Count Per Revolution است.
  
• PPR : مخفف Pulse Per Revolution برای انکودرهای دورانی و Pulse Per millimeter برای انکودر خطی است.
  
• TTL : مدار منطقی تولید سیگنال 0 (Low) یا 1 (High) است. انتقال بین این وضعیت‌ها باعث تولید موج مربعی می‌شود.

فرمول  محاسبه فرکانس انکودر به صورت زیر است:

f (kHz) = (Cycle/rev) * (rev/sec) / 1000

امید است مطلب ”  انکودر چیست  ” مورد استفاده برای کاربران عزیز باشد.

مشابه مطلب انکودر چیست  را با عنوان سنسور چیست در اینجا مطالعه فرمایید

انکودرهای موجود در شرکت آلتون سگال از اینجا قابل مشاهده هستند

به زودی مطلب مشابه انکودر چیست ، با عنوان رزولور چیست در قسمت مطالب آموزشی قرار داده خواهد شد.

انکودر چیست

در صورت تمایل به مطالعه مطالب مشابه ” انکودر چیست ” به بخش مطالب آموزشی وب سایت یا کانال اینستاگرام شرکت به آدرس Instagram.com/AltonSegal مراجعه فرمایید