انکودر افزایشی نوری و مغناطیسی

انکودر افزایشی (Incremental) چیست؟

انکودرها بر اساس خروجی انکودر به دو دسته کلی "افزایشی (Incremental)" و "مطلق (Absolute)" تقسیم می شوند. انکودر افزایشی، نوعی رمزگذار حرکت است که حرکت زاویه ای یا موقعیت شفت را به کدهای دیجیتال و آنالوگ تبدیل می کند. این امر برای شناسایی دقیق موقعیت و حرکت انجام می شود. اینکودرهای افزایشی تقریباً در همان لحظه تغییرات موقعیت را گزارش می کنند، که به آنها این امکان را می دهد تا حرکت مکانیزم های با سرعت بالا را در زمان واقعی کنترل کنند. انکودر یا رمز گذار افزایشی، بر اساس نوع حرکت، به دو دسته خطی (linear) و چرخشی (rotary) تقسیم می شود. انکودرهای افزایشی پرمصرف ترین و البته محبوب ترین نوع انکودرهای چرخشی (Rotary) هستند. 

نوع یاد شده از انکودرها می تواند به منظور دریافت بازخورد از سرعت موتور یا موقعیت (Positioning) به کار رود. به طور کلی اگر دریافت بازخورد با دقت بالا و البته هزینه کم مد نظر باشد، انکودر افزایشی یک گزینه ایده آل است. سنسورهای درگیر در این مدل انکودر به نسبت کمتر هستند. از طرفی برای اندازه گیری سرعت و مسافت طی شده، انکودر افزایشی از بهترین انتخاب ها است.

ساختار انکودر افزایشی

در ساختار انکودرهای افزایشی یک دیسک درجه بندی شده وجود دارد که مبنای انجام محاسبات و تولید سیگنال توسط انکودر است. انکودرافزایشی دارای دو سیگنال خروجی A و B است که هنگام جابجایی دستگاه پالس صادر می کنند. خروجی می تواند یک کانال A یا دو کانال A و Bباشد که برای تعیین جهت چرخش جابه جا می شوند. مشکل انکودرهای تک کاناله این است که در نمی توانند جهت چرخش را تشخیص دهند و در هر حالتی مجموعه ای از صفر و یک ها به ما تحویل می دهند. به همین منظور از انکودر تک کاناله در کاربردهایی که نیاز به بررسی جهت حرکت وجود دارد، استفاده نمی شود. درجات دیسک و علامت مرجع روی آن (برای موقعیت یابی) سیگنال هایی سینوسی تولید می کنند که از آن ها برای محاسبات نهایی انکودر استفاده می شود. بسیاری از انکودرهای افزایشی دارای یک سیگنال خروجی اضافی هستند که به طور معمول با شاخص Z مشخص شده اند، که نشان می دهد رمزگذار در یک موقعیت مرجع خاص قرار دارد. 

کانال ها مجموعه ای از پالس ها هستند که به دلیل زاویه گام ها (قطاع های) روی دیسک، در یک رشته مجزا ایجاد می شوند.

کاربرد انکودر افزایشی

طراحی انکودرهای افزایشی معمولا به گونه ای است که می توانند طیف گسترده ای از نیازهای صنعت را پوشش دهند. اما این دسته از انکودرها بیشتر در سه گروه کاربردی کلی استفاده می شوند:

• در محیط های سخت با آلایندگی، رطوبت، دما، ارتعاشات بالا مثلا در کارخانه تولید خمیر کاغذ، فولاد و چوب
• محیط های متوسط صنعتی از نظر عملیاتی و حفاظتی با استاندارد حفاظتی (IP)، دما و ارتعاشات متوسط مثلا در کارخانه های نساجی یا صنایع غذایی (خصوصا نوشیدنی ها)
• محیط های کنترل شده نیازمند دقت بسیار بالا مانند صنایع رباتیک، الکترونیک و نیمه هادی ها

انواع انکودر بر اساس ساختار داخلی آنها:

انکودرها بر اساس ساختار داخلی، به چهار دسته کلی تقسیم می شوند: "نوری (Optical)"، "مغناطیسی (Magnetic)"، "القائی (Inductive)" و "لیزری (Laser)". در این میان، انکودرهای "نوری" و "مغناطیسی" بیشترین کاربرد را دارند. اطلاعات بیشتر و کامل تر، در متن دسته بندی انکودر بیان شده است.

انکودر نوری (Optical) چیست؟

انکودر نوری در واقع یک سنسور موقعیت زاویه ای است و همانطور که از نام آن مشخص است، از تابش نور و قطع و وصل آن برای کنترل حرکت استفاده می کند. یعنی یک دیسک دارای منافذ یکسان و هم اندازه، مستقیما رو به روی منبع نور (یک لامپ LED کوچک) قرار می گیرد. با عبور یا عدم عبور نور در هر لحظه از دیسک، سنسورهای جاذب پشت سر دیسک تغییرات را تبدیل به پالس می کنند. انکودر نوری دارای یک خروجی الکتریکی به صورت فرم دیجیتالی متناسب با موقعیت زاویه محور شفت ورودی است.

کاربرد انکودر نوری

نکته قابل توجه درباره تفاوت کیفی انکودرهای نوری با سایر انواع انکودرها، دقت بسیار بالا و خیره کننده آن ها است. شاید به همین دلیل باشد که از این وسیله از ماوس کامپیوتر و دستگاه کپی تا تجهیزات و ابزار دقیق پزشکی استفاده می شود. 

شاید نور ساطع شده از قسمت زیر برخی ماوس های کامپیوتر را تاکنون دیده باشید. این نور همان منبع تابش انکودر نوری افزایشی است که به منظور تشخیص حرکت به چپ، راست، بالا و پایین به کار برده می شود. انکودرهای نوری اغلب برای ابزارهای ماشین آلات ، رباتیک ، دستگاه های مونتاژ و شیارهای دقیق استفاده می شوند. 

حال با اضافه شدن یک فناوری به نام آرایه فازی به انکودر نوری، این وسیله به راحتی قادر است حتی در محیط های سخت تر (از نظر حفاظتی) کار کند. در واقع با چنین انکودری می توانید ترکیبی از وضوح و دقت بالا را به همراه دوام در محیط کاری سخت داشته باشید. عملیات جرثقیل ها و هدایت خودکار وسایل نقلیه از جمله کاربردهای انکودر نوری با تکنولوژی آرایه فازی است. 

البته در محیط های بسیار سخت از نظر فیزیکی یعنی شرایط نظیر رطوبت یا غبار غلیظ بسیار بالا، نمی توان از انکودر نوری استفاده کرد. در چنین شرایطی انکودر مغناطیسی پیشنهاد می شود که دوام بالاتری دارد. 

انکودر مغناطیسی (Magnetic) چیست؟

عملکرد کلی انکودر مغناطیسی اینگونه است که در چرخش دیسک مغناطیسی شده، میدان مغناطیسی تغییر کرده که به واسطه موقعیت‌های متفاوت شفت انکودر، براساس دو تکنولوژی سنسور داخلی یعنی سنسور اثر هال و سنسور مگنتو رزیستیو ایجاد و سیگنال الکتریکی در خروجی ظاهر می‌شود. در نتیجه چرخش دیسک و متقابلا سنسور، یک موج سینوسی ایجاد شده و این سیگنال به یک موج مربعی مطابق نیاز تبدیل می‌شود.

تغییرات میدان مغناطیسی مبنای محاسبات حرکت و موقعیت در انکودرهای مغناطیسی است. در این حسگر حرکتی، دوران و چرخش باعث تغییر میدان مغناطیسی می شود و انکودر تغییرات میدان را آنالیز می کند و در نهایت به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. 

عکس انکودر مغناطیسی را مشاهده می نمایید که قطب های ناهم نام کنار هم بر روی دیسک چیده شده و با عبور آن ها از روبروری حسگر، خروجی دلخواه را دریافت می کنیم:

کاربرد انکودر مغناطیسی 

به دلیل استفاده از میدان مغناطیسی برای محاسبات حرکت، انکودرهای مغناطیسی مشکلی برای کار در شرایط سخت مانند رطوبت بالا، گرد و غبار، روغن و آب ندارند. یکی از کاربردهای معروف انکودرهای مغناطیسی در صنعت، در چرخ های خیاطی صنعتی است. این انکودرها در دماهای مختلف نیز قابل استفاده هستند و در برابر لرزش مقاوم‌اند و به دلیل سرعت و مقاومتی که دارند در کارخانه‌های فلزی، کاغذ و الوار مورد استفاده قرار می‌گیرند.. 

همچنین در کاربردهایی که وزن سبک، اندازه کوچک و البته اطمینان بالا مد نظر است، می توان از انکودرهای مغناطیسی به دلیل ساختار مخصوص آن ها استفاده کرد. مثلا در صنایع ماشین ابزاری که از موتورهای کوچک استفاده می شود، می توان از این انکودرها استفاده کرد. به طور کلی هر جا که دوام عملکرد، شرایط کاری سخت از نظر حفاظتی یا ابعاد کوچک مطرح باشد، انکودر مغناطیسی قطعا انتخاب بهتری خواهد بود. 

انکودر نوری یا مغناطیسی؟

اگر بخواهیم پاسخ درست و دقیقی به این سؤال بدهیم، نمی توانیم کلی گویی کنیم. زیرا هر کدام از انکودرهای مغناطیسی یا نوری ویژگی های خاص و مزایای منحصر به فردی دارند. بنابراین پاسخ را باید در کاربرد انکودر مد نظر مشتری جستجو کرد. برخلاف انکودرهای نوری که در آن دیسک آن آلوده می شود، انکودرهای مغناطیسی به عنوان روش تشخیص از میدانهای مغناطیسی استفاده می کنند و باعث می شوند که در محیط‌های با آلودگی و گرد و غبار بالا بسیار قابل اطمینان تر باشند. انکودرهای نوری به دلیل داشتن اجزای بیشتر، بین ده تا بیست درصد گران‌تر از انکودرهای مغناطیسی هستند. انکودرهای نوری در دمای بین -۲۵ تا ۸۰ درجه سانتی گراد کار می‌کنند در حالی که انکودرهای مغناطیسی دمای بین -۴۰تا ۱۲۵ درجه سانتی گراد را به راحتی تحمل می‌کنند. علاوه بر مواردی که ذکر شد، ساختمان انکودرهای مغناطیسی منعطف تر است. انکودر مغناطیسی برای دریافت بازخورد دیجیتال در سخت ترین محیط‌ها طراحی شده‌اند. همچنین انکودرهای مغناطیسی در پروژه‌هایی که نیاز به لرزش بالا، آب بندی قوی و محافظت در برابر آلاینده‌ها دارد روش قابل اعتمادی است. دقت حسگرهای مغناطیسی نسبت به حسگرهای نوری پایین تر است اما این حسگرها طول عمر بیشتری دارند. در شکل زیر نیز مقایسه ای بین دیسک انکودر مغناطیسی از نوع اثر هال (A) با دیسک انکودر نوری (B) مشخص گردیده است:

در جدول زیر سعی کرده ایم در دو ستون مجزا، این دو نوع انکودر را از نظر فاکتورهای مختلف با یکدیگر مقایسه کنیم:

به طور کلی هرگاه هدف از خرید انکودر افزایشی، دقت و وضوح بالا باشد، انکودر نوری گزینه بهتری است. برای همین هم در سروو موتور به علت اهمیت "دقت" از انکودرهای نوری استفاده می کنند. اما اگر کاربردهایی مد نظر است که ابعاد کوچکی دارند یا نیاز به کار در محیط های آلاینده وجود دارد، انکودر مغناطیسی قطعا گزینه بهتری است.

انکودر افزایشی نوری

همانطور که قبلا بیان شد، انکودر افزایشی می‌تواند نوری یا مغناطیسی باشد. انکودر افزایشی نوری یکی از پرکاربردترین انکودرها به حساب می‌آید. این انکودرها در دو نوع کلی موجود هستند. یک نوع دارای یک آشکارساز (single detector) و دیگری دارای دو آشکارساز می‌باشد، که به انکودر با خروجی فیبر نوری هم معروفند. تفاوت این دو نوع انکودر در تعداد سنسورهای گیرنده‌ی آن‌ها است. هنگامی که به این سنسورها توسط منبعی نور برسد، خروجی خواهد داشت. زمانی که دیسک کد توسط شفت چرخانده می‌شود، نور از شیارهای دیسک عبور می‌کند و به سنسور گیرنده می‌رسد. سپس یک موج الکتریکی مربعی به عنوان خروجی تولید می‌کند .در انکودر نوری، لامپ LED نور را به مکان مشخصی از دیسک در  حال چرخش توسط شفت انکودر می تاباند. جاذب نوری از پشت دیسک نورها را در فواصل گام های دیسک دریافت می کند. به این شکل است که اطلاعات مربوط به محاسبات سرعت و موقعیت توسط انکودر، به سیگنال دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می شود. حال هرچه تعداد گام ها روی دیسک بیشتر باشد، دقت محاسبات افزایش خواهد یافت. 

انکودر افزایشی مغناطیسی

ساختار یک انکودر مغناطیسی افزایشی نیز مشابه با انکودر افزایشی نوری و انکودر افزایشی مکانیکی است. با این تفاوت که حسگرهای انکودر فوق از نوع مغناطیسی هستند. نوع مکانیکی معمولا در نقش یک پتانسیومتر دیجیتال در تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود. 

نکات ضروری در خرید انکودر نوری و مغناطیسی

در خرید انواع انکودر افزایشی از جمله انکودرهای نوری و مغناطیسی، چند معیار مهم وجود دارد. توجه به این موارد می تواند ضامن یک خرید مطمئن باشد. هر یک از موارد یاد شده در کیفیت عملکرد، قیمت و طول عمر انکودر نقش بسزایی دارند. بنابراین توصیه می کنیم این قسمت از مقاله را با دقت و یا در صورت امکان بیش از یک بار بخوانید. 

دقت خروجی(پالس در دور)

همانطور که در قسمت بالاتر گفتیم، هرچه فاصله گام های دیسک در یک انکودر کمتر و تعداد آن ها روی دیسک بیشتر شود، پالس های بیشتری تولید می شود. نتیجه این امر مستقیما افزایش دقت انکودر در موقعیت یابی یا سرعت بازخورد است. دقت در انکودرها برحسب پالس در دور بیان می شود و هنگام خرید به شما گفته خواهد شد. 

پس اگر کاربری مد نظر شما نیازمند دقت بالاتری است، باید توجه داشته باشید که انکودر با پالس در دور بالاتر خریداری کنید. عددی که برای دقت خروجی انکودر به شما گفته می شود، ماکزیمم یا بالاترین سطح دقت ممکن برای انکودر است. 

نوع ساختار و خروجی

نکته بعدی نوع حسگرهای انکودر و نحوه عملکرد آن ها است. درباره این موضوع در قسمت های قبلی توضیح داده ایم. هرگاه دقت بالا در یک کاربری انکودر مد نظر باشد، بهترین گزینه انکودر نوری است. البته امروزه انکودرهای مغناطیسی نیز با سنسورهای هال افکت دقت خود را تا حد زیادی بهبود بخشیده اند و در معیار دقت به انکودر نوری نزدیک شده اند. 

باید دقت کنید که انکودرهای نوری در شرایط آلاینده صنعتی مانند گرد و غبار فراوان، رطوبت بالا، دود، بخارات شیمیایی و... بسیار حساس است. یعنی نمی توانید در چنین مکان هایی از انکودر نوری استفاده کنید. اما انکودر مغناطیسی تنها به میدان های مغناطیسی حساس است و آلاینده های صنعتی خللی در محاسبات و عملکرد آن ایجاد نمی کنند. بنابراین انکودر مغناطیسی با یک کاور محافظ مغناطیسی می تواند در هر مکانی کار کند؛ حتی در مکان هایی که مایعاتی مانند آب وجود دارند!

از طرفی در هنگام خرید باید به مولتی ترن یا سینگل ترن بودن انکودر نیز توجه کنید. انکودر مولتی ترن مانند یک ساعت است که هم عقربه ساعت و هم عقربه دقیقه را دارد. یعنی شما می توانید موقعیت کنونی عقربه دقیقه را مشاهده کنید و علاوه بر آن تعداد چرخش های کامل آن را توسط عقربه ساعت متوجه شوید. 

اما انکودر سینگل ترن مانند ساعتی است که فقط عقربه دقیقه دارد. یعنی شما فقط می توانید موقعیت کنونی عقربه را مشاهده کنید و تعداد چرخش ها مشخص نیست. از نظر کاربردی، هنگامی که نیاز به بررسی درجه چرخش و تعداد چرخش وجود داشته باشد، باید از انکودر مولتی ترن استفاده شود. اما اگر تنها درجه چرخش (تا 360 درجه، یعنی یک دور) مد نظر است، می توان از انکودر سینگل ترن استفاده کرد. 

انکودرهای افزایشی مولتی ترن، علاوه بر کانال های A و B یک کانال ویژه به نام Z-channel یا کانال شاخص هم دارند. پس از آنکه دیسک یک چرخش کامل انجام می دهد، کانال شاخص یک پالس واحد تولید می کند که بعد از چرخش های متوالی می توان از آن برای محاسبه تعداد چرخش های کامل استفاده کرد. نکته منفی انکودرهای مولتی ترن نیاز آن ها به باتری هنگام قطعی برق است. زیرا در صورت قطعی برق، انکودر تمام اطلاعات را از دست می دهد. 

نکته قابل توجه این است که انکودرهای مولتی ترن و سینگل ترن از نظر دقت تفاوت قابل توجهی ندارند. اما انکودرهای مولتی ترن وضوح بیشتری در مقایسه با انکودرهای سینگل ترن دارند. 

برند تولید کننده انکودر

تعیین کننده ترین عامل در تعیین قیمت انکودر افزایشی نوری یا مغناطیسی، برند تولید کننده است. این امر مستقیما به کیفیت و اصالت انکودر ربط دارد. برندهای معتبر انکودرهای با کیفیت، وضوح و دقت بالاتر تولید می کنند. همچنین به دلیل رعایت دقیق اصول طراحی مهندسی، طول عمر و کیفیت محصولات برندهای معتبر بالاتر است.

در حال حاضر کشور ما با در نظر داشتن تحریم های اقتصادی، همچنان تعداد زیادی از برندهای خارجی با کیفیت برای انکودر را در بازار خود می بیند. برندهای انکودر اتونیکس(Autonics)، اپکن(Opkon)، هوهنر(Hohner)، زیک(Sick) از برندهای مشهور تولید کننده انکودر افزایشی نوری و مغناطیسی با کیفیت در دنیا هستند. برخی از این شرکت ها مانند اپکن امروزه محصولات خود را از طریق نمایندگی رسمی فروش انکودر اپکن در ایران عرضه می کنند. 

مزایای خرید انکودرافزایشی نوری و مغناطیسی از فروشگاه اینترنتی مانا موتور

انکودر یک ابزار سنجش حرکت دقیق و حساس است. خرید صحیح این ابزار نیز نیازمند آگاهی و تسلط به اطلاعات فنی است. بنابراین در خرید انکودر افزایشی در هر نوعی، به اطلاعات خود اکتفا نکنید و حتما با یک مشاور فنی صحبت کنید. خبر خوب اینجاست که در ماناموتور مشاوره رایگان دریافت می کنید. 

یعنی مثلا اگر قصد خرید انکودر چرخشی نوری 400 درجه دو فاز را داشته باشید، ابتدا با توجه به نوع و حجم کاربری از شما سوال می شود. سپس مشخصات انکودر پیشنهادی شما بررسی می شود و در صورت امکان گزینه مناسب تر به شما پیشنهاد خواهد شد. زیرا ممکن است یک انکودر روتاری نوری 360 درجه دو فاز هم برای شما مناسب باشد.

همچنین اگر هیچ نوع اطلاعاتی هم ندارید، بازهم مشاوران ماناموتور، اطلاعات لازم را از صفر تا صد در اختیار شما می گذارند. از طرفی خرید از فروشگاه اینترنتی مانا موتور همراه با گارانتی اصالت برند و گارانتی سلامت کالا انجام می شود. همچنین با توجه به اینکه ماناموتور یک نمایندگی فروش انکودر در اکثر برندهای معتبر است، بهترین قیمت انکودر ممکن را به شما ارائه می کند.