اطلاعات تکمیلی در مورد انکودر

انکودر الکتریکی، وسیله‌ای است که در سیستم‌های الکتریکی برای تبدیل حرکت مکانیکی به سیگنال‌های الکتریکی یا داده‌های دیجیتال استفاده می‌شود. انکودرها معمولاً در کاربردهای مختلف برای ارائه اطلاعات دقیق موقعیت و سرعت مورد استفاده قرار می‌گیرند و این ویژگی‌های به خصوص انکودرها، آن‌ها را به اجزای جدایی ناپذیر در رباتیک، اتوماسیون، ماشین آلات صنعتی و سایر سیستم‌هایی تبدیل می‌کند که نیاز به کنترل و بازخورد دقیق دارند.

در این­جا ویژگی‌­ها و عملکردهای کلیدی انکودرهای الکتریکی آورده شده است:

1. سنجش موقعیت:

انکودرها در درجه اول برای تعیین موقعیت یک جسم در حال چرخش یا حرکت خطی استفاده می‌شوند. با اتصال یک انکودر به شفت موتور یا یک قطعه متحرک، سیگنال‌های الکتریکی یا داده‌های دیجیتالی را تولید می‌کند که موقعیت جسم را نشان می‌دهد.

2. اندازه گیری سرعت:

علاوه بر سنجش موقعیت، انکودرها همچنین می‌توانند اطلاعاتی در مورد سرعت یا نرخ تغییر موقعیت ارائه دهند. این برای نظارت و کنترل سرعت موتورها و سایر اجزای مکانیکی ارزشمند است.

3. دو نوع اصلی:

• انکودرهای چرخشی: برای اندازه گیری چرخش یک جسم مانند شفت موتور استفاده می‌شود. آن‌­ها می‌توانند مطلق باشند، یک خواندن دقیق موقعیت، یا افزایشی، نشان دهنده تغییرات در موقعیت یا سرعت نسبت به نقطه شروع باشند.
• انکودرهای خطی: از انکودرهای خطی برای اندازه گیری حرکت خطی (مستقیم) مانند حرکت تسمه نقاله یا سکوی کشویی استفاده می‌شود. آن‌ها اطلاعات موقعیت یا سرعت را به صورت خطی ارائه می‌کنند.

4. اصل کار:

انکودرها بر اساس اصول مختلفی از جمله نوری، مغناطیسی، خازنی و القایی کار می‌کنند. به عنوان مثال، انکودرهای نوری از یک منبع نور، یک دیسک الگودار و حسگرها برای تشخیص تغییرات در الگوهای نور هنگام چرخش انکودر استفاده می‌کنند، در حالی که انکودرهای مغناطیسی از میدان‌های مغناطیسی و حسگرها برای تشخیص تغییرات در سیگنال‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند.

5. انواع سیگنال‌های خروجی:

انکودرها می‌توانند انواع مختلفی از سیگنال‌های خروجی تولید کنند، از جمله:

• سیگنال‌های آنالوگ: برخی از انکودرها سیگنال‌های ولتاژ یا جریان آنالوگ تولید می‌کنند که متناسب با موقعیت یا سرعت متفاوت است.
• سیگنال‌های دیجیتال: بسیاری از انکودرهای مدرن خروجی دیجیتال را به شکل قطارهای پالس یا داده‌های دیجیتال ارائه می‌دهند و آن‌­ها را با سیستم‌های کنترل دیجیتال و میکروکنترلرها سازگار می‌کنند.
• ارتباط سریال: برخی از انکودرها از پروتکل‌های ارتباطی سریال مانند RS-232 یا RS-485 برای انتقال داده‌­های موقعیت و سرعت استفاده می‌کنند.

6. مطلق در مقابل افزایشی:

انکودرها می‌توانند یک کد یا مقدار منحصر به فرد برای هر موقعیت داشته و حتی پس از افت توان، یا افزایش آن، مطلق باشند. در واقع با این ویژگی، نشان دهنده تغییرات در موقعیت از یک نقطه مرجع خواهند بود.

7. کاربردها:

انکودرها در طیف وسیعی از کاربردها از جمله رباتیک، ماشین‌های CNC (کنترل عددی کامپیوتری)، سیستم‌های نوار نقاله، سیستم‌های خودرو و غیره استفاده می‌شوند. آن‌ها برای کنترل دقیق و بازخورد در این سیستم‌ها بسیار مهم هستند.

8. رزولوشن:

وضوح یک انکودر توانایی آن را در ارائه اندازه گیری‌های دقیق موقعیت یا سرعت تعیین می‌کند. انکودرهای با وضوح بالاتر می‌توانند تغییرات کوچک‌تر در موقعیت یا سرعت را تشخیص دهند.

9. کنترل بازخورد:

انکودرها اغلب به عنوان دستگاه‌های بازخورد در سیستم‌های کنترل حلقه بسته استفاده می‌شوند. بازخورد از انکودر به کنترل کننده‌ها اجازه می‌دهد تا موقعیت‌ها یا سرعت‌های مورد نظر را تنظیم و حفظ کنند.

انکودرها نقش مهمی در سیستم‌های اتوماسیون و کنترل مدرن دارند و امکان کنترل دقیق و مطمئن موقعیت و سرعت را در طیف گسترده‌ای از کاربردها فراهم می‌کنند. انتخاب نوع و مشخصات انکودر بستگی به نیازهای خاص سیستم و سطح دقت مورد نیاز دارد.

10. دقت انکودر:

دقت انکودر به این اشاره دارد که خروجی آن چقدر موقعیت یا سرعت واقعی جسم اندازه گیری شده را منعکس می‌کند. انکودرهای با دقت بالا برای کاربردهایی که دقت بسیار مهم است، مانند ابزارهای علمی و تجهیزات پزشکی ضروری هستند.

11. تاب آوری در برابر عوامل محیطی:

بسته به نوع انکودر، می‌تواند کم و بیش در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار، رطوبت و دمای شدید مقاوم باشد. انکودرهای مورد استفاده در تنظیمات صنعتی اغلب برای مقاومت در برابر شرایط سخت طراحی می‌شوند.

12. انواع انکودر بر اساس اصل کاری:

• انکودرهای نوری: از منبع نور، یک دیسک طرح‌دار و حسگرها برای تولید سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کنند. آن‌ها دقت بالایی ارائه می‌دهند و معمولاً در برنامه‌هایی که نیاز به وضوح خوب دارند استفاده می‌شوند.
• انکودرهای مغناطیسی:  انکودرهای مغناطیسی از میدان‌های مغناطیسی و حسگرها برای تشخیص تغییرات در موقعیت استفاده می‌کنند. آن‌ها اغلب به دلیل دوام و مقاومت در برابر آلاینده‌ها انتخاب می‌شوند.
• انکودرهای خازنی: این انکودرها بر اساس تغییر در ظرفیت در حین حرکت انکودر کار می‌کنند. آن‌ها برای کاربردهای با دقت بالا مناسب هستند اما ممکن است به شرایط محیطی حساس باشند.
• انکودرهای القایی: انکودرهای القایی از سیم پیچ‌ها و میدان‌های مغناطیسی برای اندازه گیری موقعیت استفاده می‌کنند. آن‌ها به دلیل استحکام و مقاومت در برابر خاک و زباله شناخته شده‌اند.

13. انکودرهای افزایشی در مقابل انکودرهای مطلق:

• انکودرهای افزایشی: این انکودرها اطلاعات موقعیت نسبی را ارائه می‌دهند که اغلب به آن‌ها “شمار” یا “پالس” گفته می‌شود. آن‌ها برای تعیین موقعیت مطلق نیاز به یک نقطه مرجع دارند. انکودرهای افزایشی معمولاً در برنامه‌هایی مانند کنترل موتور استفاده می‌شوند.
• انکودرهای مطلق: انکودرهای مطلق یک مقدار کد باینری یا خاکستری منحصربه‌فرد برای هر موقعیت ارائه می‌کنند که به آن‌ها امکان می‌دهد موقعیت دقیق را بلافاصله حتی پس از قطع برق گزارش کنند. این ویژگی در برنامه‌هایی با ارزش است که دانستن موقعیت مطلق بسیار مهم است.

14. رابط‌های ارتباطی:

بسیاری از انکودرهای مدرن، رابط‌های ارتباطی مختلفی را برای انتقال داده‌ها به سیستم‌های کنترلی یا میکروکنترلرها ارائه می‌دهند. این رابط‌ها می‌توانند شامل پروتکل‌های RS-232، RS-485، CAN (شبکه کنترل‌کننده)، یا پروتکل‌های مبتنی بر اترنت باشند که ادغام در سیستم‌های بزرگ‌تر را ساده‌تر می‌کنند.

15. انکودرهای چند دور در مقابل یک چرخش:

برخی از انکودرها برای اندازه گیری چرخش‌های چندگانه (چند دور) طراحی شده‌اند در حالی که برخی دیگر برای یک چرخش (یک دور) در نظر گرفته شده‌اند. انکودرهای چند چرخشی هنگام ردیابی چرخش‌های متعدد، مانند آسانسورها یا توربین‌های بادی، ضروری هستند.

16. رزولوشن انکودر:

وضوح به کوچکترین تغییر در موقعیت یا سرعتی که یک انکودر می‌تواند تشخیص دهد اشاره دارد. معمولاً در شمارش در هر دور (CPR) برای انکودرهای چرخشی یا تعداد در واحد طول برای انکودرهای خطی بیان می‌شود. وضوح بالاتر موقعیت یا سرعت کنترل بهتری را ارائه می‌دهد.

17. انکودری چهارگانه:

انکودری چهارتایی تکنیکی است که در آن دو کانال خروجی یک انکودر افزایشی، پالس‌هایی را با تغییر فاز 90 درجه ارائه می‌دهند. این نه تنها امکان اندازه گیری موقعیت، بلکه تعیین جهت را نیز فراهم می‌کند.

18. انکودرهای اضافی:

در برنامه‌های کاربردی حیاتی ایمنی، ممکن است از انکودرهای اضافی استفاده شود. این سیستم‌ها شامل چندین انکودر هستند که یک پارامتر را اندازه‌گیری می‌کنند، با یک کنترل‌کننده ایمنی که به داده‌ها ارجاع می‌دهد تا از دقت و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل کند.

انکودرهای الکتریکی دستگاه‌های همه کاره‌ای هستند که در اشکال مختلف برای برآوردن نیازهای کاربردی خاص وجود دارند. توانایی آن‌ها در ارائه اطلاعات دقیق موقعیت و سرعت، آن‌ها را در صنایعی که کنترل و دقت در آن‌ها اهمیت دارد، از تولید و رباتیک گرفته تا هوافضا و مراقبت‌های بهداشتی ضروری می‌کند.

اصل کار انکودرها به نوع و طراحی آن‌ها بستگی دارد و از فناوری‌های مختلفی برای دستیابی به اندازه گیری دقیق موقعیت و سرعت استفاده می‌شود. در اینجا، من اصول کار دو نوع متداول انکودر را توضیح خواهم داد:

1. انکودرهای نوری:

• اجزای اصلی: انکودرهای نوری از یک منبع نور (معمولا یک LED)، یک دیسک طرح‌دار و حسگرهای نوری (فوتودیود یا فتودیود) برای تولید سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کنند.
• دیسک الگو: شفت انکودر به یک دیسک طرح‌دار متصل می‌شود که شامل بخش‌های متناوب مات و شفاف است. این بخش‌ها در یک الگوی خاص، مانند یک سری خطوط شعاعی یا یک کد باینری مرتب شده‌اند.
• منبع نور و حسگرها: منبع نور از طریق دیسک طرح‌دار به حسگرها می‌تابد. با چرخش یا حرکت خطی محور انکودر، بخش‌های دیسک طرح‌دار بین منبع نور و حسگرها عبور می‌کنند.
• تولید سیگنال: هنگامی که یک بخش شفاف بین منبع نور و یک سنسور عبور می‌کند، نور اجازه می‌دهد تا به سنسور برسد و سیگنال الکتریکی تولید می‌کند. هنگامی که یک بخش مات از کنار آن عبور می‌کند، هیچ نوری به سنسور نمی‌رسد و در نتیجه سیگنال الکتریکی متفاوتی ایجاد می‌شود. توالی این انتقال سیگنال با موقعیت یا حرکت انکودر مطابقت دارد.
• رزولوشن: وضوح یک انکودر نوری با تعداد بخش‌های روی دیسک الگو تعیین می‌شود. انکودرهای با وضوح بالاتر بخش‌های بیشتری دارند و موقعیت یا سرعت اندازه گیری دقیق‌تری را ارائه می‌دهند.
• خروجی چهارگانه: بسیاری از انکودرهای نوری خروجی‌های مربعی تولید می‌کنند، به این معنی که دارای دو کانال حسگر با اختلاف فاز 90 درجه هستند. این امکان تعیین موقعیت و جهت را فراهم می‌کند.

2. انکودرهای مغناطیسی:

• اجزای اصلی: انکودرهای مغناطیسی از آهنربا و حسگرهای مغناطیسی (سنسورهای اثر هال) برای اندازه گیری موقعیت یا حرکت استفاده می‌کنند.
• نوار یا دیسک مغناطیسی: شفت انکودر به یک نوار یا دیسک مغناطیسی که شامل مناطق مغناطیسی با قطبیت متناوب است وصل می‌شود. این مناطق با حرکت انکودر یک الگوی مغناطیسی ایجاد می‌کنند.
• سنسورهای مغناطیسی: حسگرهای جلوه هال در نزدیکی نوار مغناطیسی یا دیسک قرار می‌گیرند. این حسگرها تغییرات میدان مغناطیسی ناشی از مناطق مغناطیسی را تشخیص می‌دهند.
• تولید سیگنال: همانطور که نوار مغناطیسی یا دیسک حرکت می‌کند، حسگرهای اثر هال سیگنال‌های الکتریکی را در پاسخ به میدان مغناطیسی در حال تغییر تولید می‌کنند. الگوی این سیگنال‌ها با موقعیت یا حرکت انکودر مطابقت دارد.
• رزولوشن: وضوح یک انکودر مغناطیسی با چگالی مناطق مغناطیسی روی نوار یا دیسک تعیین می‌شود. انکودرهای مغناطیسی با وضوح بالاتر دارای مناطق مغناطیسی با فاصله نزدیک‌تری هستند.
• مطلق در مقابل افزایشی: انکودرهای مغناطیسی می‌توانند مطلق یا افزایشی باشند. انکودرهای مغناطیسی مطلق یک مقدار موقعیت مطلق را ارائه می‌دهند، در حالی که انکودرهای افزایشی پالس‌هایی را نسبت به یک نقطه مرجع تولید می‌کنند.
• مقاومت در برابر عوامل محیطی: انکودرهای مغناطیسی اغلب به دلیل استحکام و مقاومت در برابر گرد و غبار، کثیفی و رطوبت انتخاب می‌شوند که آن‌ها را برای محیط‌های سخت صنعتی مناسب می‌کند.

انکودرهای نوری و مغناطیسی هر دو به طور گسترده در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند که در آن اندازه گیری دقیق موقعیت یا سرعت مورد نیاز است. انتخاب بین این فناوری‌ها به عواملی مانند محیط برنامه، الزامات رزولوشن و ملاحظات هزینه بستگی دارد.

انکودرها کاربردهایی را در طیف گسترده‌ای از صنایع و سیستم‌ها پیدا می‌کنند که در آن اطلاعات دقیق موقعیت و سرعت ضروری است. در این جا برخی از کاربردهای رایج و متنوع انکودرها آورده شده است:

1. روباتیک و اتوماسیون:

• انکودرها اجزای حیاتی در بازوهای روباتیک و ماشین‌های خودکار برای کنترل حرکت دقیق مفاصل و پایانه‌ها هستند.
• آن‌­ها ربات‌ها را قادر می‌سازند تا کارهایی مانند عملیات چیدن و جابجایی، مونتاژ و جوشکاری را با دقت بالا انجام دهند.

2. ماشین آلات CNC (کنترل عددی کامپیوتری):

• ماشین‌های CNC شامل ماشین‌های فرز، تراش و مسیریاب‌ها از انکودرها برای کنترل حرکت ابزارهای برش و قطعات کار استفاده می‌کنند.
• انکودرها ماشینکاری دقیق را تضمین می‌کنند و به تولید قطعات پیچیده کمک می‌کنند.

3. سیستم‌های نوار نقاله:

• انکودرها در سیستم‌های نوار نقاله برای کنترل سرعت و موقعیت محصولات در حین حرکت در خطوط مونتاژ یا در انبارها استفاده می‌شوند.
• آن­‌ها به بهینه سازی حمل و نقل مواد و تدارکات کمک می‌کنند.

4. هوافضا و هوانوردی:

• هواپیماها و فضاپیماها از انکودر برای کاربردهای مختلف استفاده می‌کنند، مانند کنترل موقعیت سطوح کنترل پرواز (به عنوان مثال: ایلرون، فلپ) و اندازه گیری چرخش اجزای موتور.
• انکودرها به ایمنی و عملکرد سیستم‌های هوافضا کمک می‌کنند.

5. دستگاه‌های پزشکی:

• در تجهیزات تصویربرداری پزشکی مانند اسکنرهای MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) و CT (توموگرافی کامپیوتری)، انکودرها برای قرار دادن و جابجایی دقیق جداول بیمار و اجزای تصویربرداری استفاده می‌شوند.
• اسکن‌های پزشکی دقیق را تضمین می‌کنند.

6. چاپ و بسته بندی:

• ماشین‌های چاپ و بسته‌بندی برای کنترل محل دقیق هد چاپ، برچسب‌ها و مواد بسته‌بندی به انکودرها متکی هستند.
• انکودرها به چاپ و بسته‌بندی با کیفیت کمک می‌کنند.

7. سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر:

• توربین‌های بادی و سیستم‌های ردیابی خورشیدی از انکودرها برای تراز کردن و تنظیم موقعیت پره‌ها و پانل‌های خورشیدی برای به حداکثر رساندن جذب انرژی استفاده می‌کنند.
• انکودرها راندمان تولید انرژی‌های تجدیدپذیر را بهبود می‌بخشند.

8. صنعت خودرو:

• انکودرها در سیستم‌های خودرو مانند ABS (سیستم ترمز ضد قفل) برای اندازه گیری سرعت چرخ و امکان کنترل دقیق در هنگام ترمز استفاده می‌شوند.
• همچنین در گیربکس‌های اتوماتیک، کنترل دریچه گاز و سیستم‌های فرمان استفاده می‌شود.

9. دریانوردی و کشتی سازی:

• در کاربردهای دریایی، انکودرها به کنترل موقعیت اجزای کشتی مانند سکان و پروانه کمک می‌کنند.
• در جهت‌یابی و مانورپذیری نقش دارند.

10. ابزار آزمایشگاهی:

• انکودرها در ابزارهای علمی مانند طیف سنج‌ها و میکروسکوپ‌ها برای تعیین دقیق نمونه‌ها، آشکارسازها و اجزای نوری استفاده می‌شوند.
• آن‌ها امکان جمع آوری و تجزیه و تحلیل دقیق داده‌ها را فراهم می‌کنند.

11. ماشین آلات نساجی:

• ماشین‌های تولید نساجی از انکودر برای کنترل حرکت عناصر بافندگی و بافندگی استفاده می‌کنند و از ایجاد الگوهای نساجی پیچیده اطمینان حاصل می‌کنند.
• انکودرها به کیفیت و قوام پارچه کمک می‌کنند.

12. بازی و شبیه سازها:

• در تجهیزات جانبی بازی و شبیه سازهای پرواز، از انکودرها برای ارائه بازخورد واقعی برای کنترل جوی استیک و فرمان استفاده می‌شود.
• آن‌ها تجربه بازی و شبیه سازی را افزایش می‌دهند.

13. تجهیزات ساختمانی:

• ماشین آلات سنگین مانند بیل مکانیکی و جرثقیل‌ها از انکودرها برای کنترل موقعیت بوم‌ها، سطل‌ها و بارها استفاده می‌کنند.
• انکودرها ایمنی و دقت را در عملیات ساختمانی تضمین می‌کنند.

انکودرها نقش مهمی در بهبود دقت، قابلیت اطمینان و کنترل سیستم‌های مختلف در صنایع دارند و آن‌ها را به اجزای ضروری برای دستیابی به نتایج دلخواه در طیف وسیعی از کاربردها تبدیل می‌کنند.