تاريخ التشفيرات الدوّارة

تُعد التشفيرات (Encoders) من المستشعرات الأساسية في أنظمة التحكم الصناعي الحديثة. بدأت رحلتها في الأربعينيات كمحوّلات زاوية ميكانيكية. ومع التقدم في الإلكترونيات والبصريات والاتصالات وتقنيات MEMS، تطورت التشفيرات إلى منصات متعددة الوظائف بدقة نانوية واتصال ذكي وقدرات تشخيص ذاتي.

الأربعينيات–الستينيات: النماذج الأولية والعصر الميكانيكي

• في الأربعينيات، طوّر مهندسون ألمان وبريطانيون محوّلات دورانية بفرشاة لقياس الإزاحة الزاوية، مدفوعة بتقنيات الرادار والملاحة الجوية.
• في عام 1947، اقترحت Bell Labs الأمريكية تحويل الزوايا الميكانيكية إلى نبضات كهربائية — وهو نموذج أولي لقرص التشفير.
• بحلول أوائل الخمسينيات، ظهرت أولى التشفيرات الميكانيكية باستخدام تلامس الفرش لتوليد إشارات تبديل.
• كانت هذه التشفيرات تخرج إشارات على شكل رمز غراي، واستُخدمت في الحواسيب التناظرية ومحددات المدى العسكرية.

الخصائص:

• اتصال ميكانيكي كامل، سريع التآكل وغير مستقر
• إخراج إشارات تناظرية أو عن طريق التبديل
• استخدام محدود للغاية في مختبرات الدفاع

السبعينيات–الثمانينيات: صعود التشفيرات البصرية والنسبية

• في عام 1971، أطلقت BEI الأمريكية أول تشفير بصري نسبي تجاري، مما أحدث ثورة في المجال.
• استخدمت أقراص شبكية من الزجاج أو البلاستيك بها خطوط محفورة، وجرى اكتشاف الضوء عبرها بواسطة الثنائيات الضوئية لإنتاج إشارات A/B.
• في 1974، أضافت شركة Heidenhain الألمانية قناة Z (نبضة الأصل).
• في 1976، أطلقت Koyo Electronics اليابانية تشفيرات نسبية صناعية لآلات CNC.

الابتكارات:

• استشعار بدون تلامس يطيل العمر ويحسن الموثوقية
• ظهور واجهات إخراج TTL و HTL
• دقة وصلت إلى 1000–5000 نبضة لكل دورة

التسعينيات: التشفيرات المطلقة وازدهار التحكم الرقمي

• بين 1989 و1992، أطلقت شركات أوروبية مثل Baumer وHeidenhain تشفيرات مطلقة أحادية اللفة باستخدام أقراص متعددة المسارات.
• في 1993، طورت SICK Stegmann الألمانية تشفيرات مطلقة متعددة اللفات باستخدام تروس أو استشعار مغناطيسي.
• أصبح SSI (واجهة تسلسلية متزامنة) معيارًا معتمدًا من Hubner.
• تم تقديم تشفيرات قابلة للبرمجة تتيح ضبط الدقة والاتجاه عبر البرمجيات.

الابتكارات التقنية:

• الاحتفاظ بالموقع حتى بعد انقطاع الطاقة
• دمج شرائح ASIC للتصغير والتكامل العالي
• تحسين مقاومة الضوضاء وزيادة الاعتمادية

الألفينيات: بروتوكولات Fieldbus وEthernet والتكامل النظامي

• اعتمدت التشفيرات بروتوكولات الاتصال Fieldbus الصناعية: CANopen وProfibus وDeviceNet.
• أصبحت بروتوكولات إيثرنت الصناعية مثل EtherCAT وProfinet وEtherNet/IP شائعة في التحكم عالي السرعة.
• في 2005، أصدرت شركة Tamagawa اليابانية تشفيرات دوّارة بشهادة SIL2، تُستخدم في المصاعد والروبوتات والسكك الحديدية.
• تم دمج التعويض الحراري، والترشيح الرقمي، والتشخيص الذاتي، مما أدى إلى تطور المستشعرات الذكية.

الاتجاهات الرئيسية:

• الاتصال الشبكي بدلاً من الأسلاك النبضية التقليدية
• دقة متعددة اللفات تجاوزت 30 بت
• دعم التوصيل الساخن، والتكوين عبر الإنترنت، والتحديث عن بُعد

من 2010 حتى الآن: التشفيرات الذكية، والمجموعات المصغرة، واللاسلكية

• تدعم التشفيرات الذكية تقنيات Bluetooth وIO-Link وشبكات Wi-Fi الصناعية، مما يتيح التواصل ثنائي الاتجاه مع وحدات PLC أو المنصات السحابية.
• ظهرت مجموعات التشفير المغناطيسي للروبوتات التعاونية، والمركبات الموجهة ذاتيًا (AGV)، والطائرات بدون طيار — بقطر يصل إلى 12 مم ووزن أقل من 10 جرام.
• تخدم التشفيرات الخطية المغناطيسية عالية الدقة (مثل Renishaw وRSF) معدات أشباه الموصلات بدقة دون ميكرونية إلى نانوية.
• ترتفع أهمية المستشعرات الهجينة التي تدمج الرؤية مع وحدات IMU، لتوفير بيانات حركة كاملة بستة درجات حرية (6-DOF).

نظرة إلى المستقبل

1. الذكاء + الحوسبة الطرفية: معالجات مدمجة لمعالجة البيانات والصيانة التنبؤية وذكاء اصطناعي حقيقي.
2. استشعار متعدد الأبعاد: دمج مع مستشعرات الحرارة والعزم والتسارع ووحدات IMU.
3. تشفيرات مُعرفة برمجيًا: تكوين البروتوكولات والاتجاه والدقة عن بُعد.
4. تصميم صديق للبيئة: استهلاك طاقة منخفض، مواد غير احتكاكية، وتثبيت مرن.
5. تحسين سلاسل التوريد المحلية: تعزيز تصنيع الشرائح والشبكات محليًا لتقليل الاعتماد الخارجي.

الخلاصة

تعكس تطورات التشفيرات التحول الشامل للصناعة — من الأنظمة التناظرية إلى الرقمية، ومن المركزية إلى الذكاء. نشأت من التطبيقات العسكرية وأصبحت ضرورية في جميع القطاعات المدنية. إن فهم تاريخها يساعد في إدراك جوهرها الفني والاستعداد لمستقبل الاستشعار الصناعي.