انواع انکودرها از نظر موارد استفاده:
انکودرهای چرخشی
انکودرهای خطی
انکودرهای چرخشی را ازجهات مختلف به انواعی تقسیم می کنند:
انکودرهای مغناطیسی (magnetic encoders)
انکودرهای نوری (optical encoders)
انکودرهای افزایشی (incrimental encoders)
انکودرهای مطلق (absolute encoders)
نوری انکودرهای (optical encoders)
به طور کلی این حس کننده ها به دو دسته ی کلی افزایشی و مطلق تقسیم می گردند.
درنوع افزایشی در مقابل یک چرخش مشخص،یک پالس در خروجی انکودر ظاهر می گردد و در نوع مطلق به ازای هر موقعیت زاویه ای یک کد کامل در خروجی ظاهر می شود.
انکودرهای مطلق از یک منبع نور و یک دیسک کد شده که روی یک محور چرخنده قرار دارد و یک چشم الکترونیکی تشکیل شده اند.از یکLED میتوان به عنوان منبع نور استفاده کرد.
نور را به وسیله یLED از یک طرف به صفحه ای که با خانه های سیاه و سفید در ردیف های مختلف کد شده است می تابانند .
در طرف دیگر به وسیله ی یک OPTO_ARRAY(یک آرایه از اپتیک های الکترونیکی که در یک ردیف قرار دارند)خانه های سیاه و سفید را تشخیص می دهند.
با هر حرکتی یک ترکیب دیگر از خانه های سیاه و سفید که روی صفحه قراردارند درمقابل یک فوتو ترانزیستور قرار می گیرندو به تعداد بیت های به کار رفته ، آشکار سازهای نوری عبور یا عدم عبور نور را نشان میدهند و این کدها به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شوند.
شکل زیر یک انکودر مطلق را نشان میدهد:
روشهای مختلفی برای کد کردن موقعیت ها وجوددارد:
دودویی(Binary)
گری(Gray)
BCD
کد گری یک کد یک پله ایست ؛یعنی درهرحالتی که موقعیت عوض می شود فقط یک بیت تغییرمی کند.
از آنجا یی که یک بیت ازکد گری به تنهایی نمی تواند مقدار را مشخص کند باید تبدیل به باینری شود.این کار به وسیله ی یک مبدل که از یک سری XOR تشکیل شده است انجام می گیرد.
شکل زیر سه نوع کد به کار رفته در انکودر های مطلق را نشان می دهد:
در انکودر های افزایشی ،صفحه ی متصل به محور گردنده دارای تعدادی سوراخ به فاصله های مساوی روی محور خودمی باشد. با عبورنور ازاین سوراخها و دریافت آنها(به صورت پالس) توسط یک حس کننده نوری و شمارش آنها میتوان موقعیت را اندازه گرفت.
شکل زیر یک انکودر افزایشی را نشان می دهد:
افزایش تعداد سوراخها بستگی به کیفیت نور و نیز امکانات فیزیکی جهت کوچک ساختن سوراخها دارد. هرچه سوراخها کوچکتر باشد،نور باید دارای شعاع باریکتری جهت عبور نور از آن باشد.
یک راه استفاده از لیزر به جای نور می باشد.
راه دیگراستفاده ازیک سوراخ ثابت وبه همان اندازه سوراخ های متحرک جلوی حس کنندۀ نوری است دراین صورت گر چه امکان برخورد نور به سوراخهای مجاورهم وجوددارد، ولی تغییرات نور دریافتی بیشتر ازحالتی است که حس کننده مستقیماً در مقابل سوراخها قرار گرفته باشد.
از طرفی کوچک شدن سوراخها جهت بالا بردن قدرت تفکیک باعث می شود که نور کمتری به حس کننده رسیده و لذا باید حساسیت آن را بالاتر برد جهت رفع این مشکل می توان به جای استفاده از تنها یک سوراخ ثابت ازتعدادی سوراخ که همگی به یک فاصله و کاملا مساوی سوراخهای متحرک می باشند،استفاده نمود.انکودر
در این حالت در مقایسه با حالت تک سوراخی ،اگر مثلا ازn سوراخ ثابت استفاده شود شدت نور دریافتیn برابر شده بدون آنکه قدرت تفکیک کم شود و یا از حس کننده با حساسیت بالاتر استفاده گردد.
شکل بعدخروجی یک نوع انکودر افزایشی خیلی ساده که به معروف است را نشان میدهد:tachometer encoder نام
یکی از نقاط ضعف این نوع ساده عدم توانای آن در تشخیص جهت حرکت می باشد.البته اطلاعات مربوط به سرعت رامی توان با شمارش پالسهادر یک زمان مشخص اندازه گیری کرد.
جهت بر طرف نمودن عیب فوق ، بیشتر انکودر های افزایشی دارای دو سوراخ در کنار هم می باشند. بدین ترتیب شکل موج حاصل ازهرسوراخ که به صورت کانال A وB نشان داده شده اند، دارای اختلاف فاز 90 نسبت به یکدیگر خواهند بود.
ورودی zero _index در شکل زیر
جهت صفر کردن شمارنده ،بعد از یک دور کامل به کار رفته است.(نقطه ی مرجع)
حال برای تشخیص جهت حرکت می توان تقدم و یا تأخر این دو موج نسبت به یکدیگر را با یک مدار منطقی مطابق شکل زیر بررسی نمود.به علت وجود نوسانات و نیز لرزش در سیستمها ، وجود سیستم تشخیص جهت بسیار مهم می باشد.
بسیاری از کارخانجات سازنده قطعات ic ،مدار مناسب جهت انجام مراحل آشکارسازی فوق را تولید و به نام های تجاری quadrature decoder و یا مدار antijitter عرضه می نماید. از جمله می توان به آی سی 2000_HCTL از کارخانۀ HP اشاره کرد.مشخصۀ این آی سی دراسلاید بعد آمده است.
در روش آشکار سازی(quadrature detection) می توان بهقدرت تفکیک یک،دو و یا چهار برابر رسید.برای این کار به مدارات اضافه نیاز است.به عنوان مثال به کمک یک انکودر دئ کاناله با 2500 سوراخ میتوان تا 10000 پالس به ازای هردور ایجاد کرد و به قدرت تفکیک کسری از صدم درجه دست یافت.
انکودرهای مغناطیسی
انکودرهای مغناطیسی توسط اثرهال و اثر مگنتورزیسیتو(MR) و رلوکتانس متغییر عمل می کنند. آنچه در انواع انکودرهای مغناطیسی مشترک است، این است که در همگی آنها یا یک آهنربای حلقه‌ای بر یک شفت قرار گرفته است و یا چرخ دنده به جای آن داریم که از جنس مواد فرومغناطیسی می‌باشد. اما تفاوت در انکودرهای مغناطیسی مربوط به بخش ضبط تغییرات است.(Pickup)
این بخش یا از سنسورهای اثرهال یا سنسورهای AMR استفاده می‌کند و یا از رلوکتانس متغیر استفاده خواهد نمود.نمایی از انکودرهای اثرهال و سنسورهای AMR در اسلاید بعد آمده است.
بخش Pickup در انکودرهای مغناطیسی رلوکتانس متغیر از یک سیم پیچ که در میدان مغناطیسی یک آهنربای دایمی قرار گرفته است تشکیل شده است. با عبور دندانه های چرخ دنده از مقابل آن ضریب نفوذپذیری تغییر می کند و درنتیجه با تغییر B باعث تولید ولتاژی در پایانه های سیم پیچ می شود.
انکودرهای مغناطیسی دو نوع مطلق و افزایشی دارد. در نوع افزایشی از همان روش انکودرهای نوری استفاده می شود . در نوع مطلق نیز شبیه انکودرهای نوری مطلق از کد باینری و برای افزایش ضریب اطمینان از کد گری (Gray) استفاده می شود که در هر تغییر موقعیت تنها یک تغییر در بیت های آن اتفاق می افتد.
ویژگی های عمومی
انکودرهای مغناطیسی دارای ویژگیهای زیر می باشند :
هزینه انکودرهای مغناطیسی 10 تا 20 درصد کمتر از انکودرهای نوری است.
عمر طولانی
حدود 50% اجزای کمتری را شامل می شوند.
انعطاف پذیری ساختمان آنها باعث می شود تا آماده سازی ماشین آلات با هزینه ناچیزی انجام شود.
قابلیت قرارگیری در قطعات یکپارچه
کاربردها :
فیدبک موتور، رباتیک، فیدبک پدال، موقعیت دندانه ها، موقعیت سنجی چند محوری ، موقعیت سنجی آنتن GPS
پزشکی : سنسور موقعیت اشعه ایکس، سنسور موقعیت دستگاه CATSCAN و دستگاه MRI
مقایسه انکودرهای نوری و مغناطیسی
چرا انکودرهای مغناطیسی بیش از انکودرهای نوری به کار می روند؟
می توان گفت انکودرهای نوری به 3 دلیل زیر بسیار آسیب پذیر ترند:
دیسک نوری ممکن است دراثر لرزش یا ضربه شکسته و خرد شود.
تحمل انکودرهای نوری در اثر فشار از بین می رود.
چربی ، گرد وغبار و آب در اثردرزگیری نکردن درست انکودر به درون آن راه می یابند.
بیشتر انواع انکودرها به صورت درزگیری شده از کارخانه خارج می شوند.در طول زمان تغییرات دما موجب ایجاد فشار و در نتیجه از بین رفتن درزهای انکودر می شود.در این صورت راهی برای عبور مواد ذکر شده به درون انکودر پیدا می شود.اغلب بیشترین مشکل در اثر ورود هوای مرطوب به انکودر و سپس تراکم،میعان و انجماد آن صورت می گیرد.
انکودرهای مغناطیسی در بسیاری از مواردی که انکودرهای نوری کارآمد نیستند راه را برای ماهموار می کنند .برخی از برتری های انکودرهای مغناطیسی بر انکودرهای نوری را میتوان اینطور بیان کرد:
مقاوم در برابر شک،لرزش و دمای بالا
عدم حساسیت نسبت به چربی،رطوبت و گردوغبار
چرا آلودگی ها (چربی،گردوغبار،آب و....) موجب از کار افتادن انکودرهای نوری می شود؟
انکودرهای نوری نیاز دارند که خطوط کوچک روی دیسک را به طور دقیق ببینند.بنابراین اگر هرگونه آلودگی روی دیسک باشد اشتباه خواهند کرد.در صورتیکه انکودرهای مغناطیسی اینگونه نیستند.
به تازگی گروهی از شرکتها مثل Avtron انکودرهای نوری با دیسک های نشکن طراحی کرده اند.آنها از درزگیری های فوق العادهای استفاده کرده اند که مانع ورود آلودگی به انکودر می شود.علاوه براین مقاومت بیشتری در مقابل رنج بزرگتری از تغییرات دما نسبت به رقبای خود دارند.
چه زمانی انکودرهای نوری برتر از انکودرهای مغناطیسی هستند؟
به طور کلی انکودرهای نوری پالسهای بیشتری در یک دوران می توانند ایجاد کنند.برای بیش از 2048 پالس در دوران شاید انکودرهای نوری تنها انتخاب باشند.در گذشته انکودرهای نوری حتی در همین تعداد پالس در هر دوران نیز دقیق تر از گروهی از انکودرهای مغناطیسی بودند.
این سنسور از یک نوار تشکیل شده که بر روی آن در نقاط مختلف حساسه‌هایی نسبت به نور، وجود دارد. این نوار به جسمی که می‌خواهیم سرعتش را اندازه‌گیری کنیم متصل می‌شود. در بیرون توسط یک شمارنده می‌توانیم پالسهایی را که در حساسه‌ها ایجاد می‌کنند دریافت کرده و با شمارش آنها موقعیت جسم متحرک را تعیین کنیم. در نظر گرفتن موقعیت سیستم در زمان نیز سرعت جسم را به ما میدهد.
از این نوع از سنسورها در اندازه‌گیری سرعت‌های خطی کمتر استفاده می‌شود. هم به خاطر رنج کم و هم به خاطر مدار بهسازی سنگین‌تر از انواع دیگر کاربرد صنعتی کمتری داشته و بیشتر در حد یک ایده باقی مانده است.
منابع : http://baumer.blog.ir/post/1
https://namatek.com/%D8%A7%D9%86%DA%A9%D9%88%D8%AF%D8%B1/
https://www.manamotor.com/blog/didactic/what-is-encoder
https://peymanelc.com/%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D8%A7%D8%AA/item/109-%D8%A7%DB%8C%D9%86%DA%A9%D9%88%D8%AF%D8%B1-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA%D8%9F.html
