انکودر چیست؟
یک انکودر حسگری است که حرکت فیزیکی مانند چرخش، جابجایی خطی یا سرعت را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیگنال‌ها توسط سیستم‌های کنترل دیجیتال مانند PLC، درایورها یا رایانه‌های صنعتی برای مانیتورینگ، فیدبک و کنترل بلادرنگ استفاده می‌شوند. در حوزه‌هایی مانند اتوماسیون صنعتی، رباتیک، تجهیزات CNC، سیستم‌های پزشکی و صنایع هوافضا، انکودرها اجزای کلیدی برای دستیابی به کنترل حلقه بسته و موقعیت‌یابی دقیق هستند.
طبقه‌بندی جامع انکودرها
انکودرها از دیدگاه‌های مختلفی مانند نوع اندازه‌گیری، نوع خروجی، فناوری حسگری و واسط ارتباطی طبقه‌بندی می‌شوند.
1. بر اساس فرمت اندازه‌گیری
| نوع | توضیح |
|---|---|
| انکودر چرخشی | اندازه‌گیری حرکت دورانی مانند شافت موتور |
| انکودر خطی | اندازه‌گیری جابجایی خطی، مناسب ماشین‌ابزارها |
| انکودر کابلی | اندازه‌گیری جابجایی طولانی از طریق کشش سیم |
| کیت انکودر | طراحی ماژولار بدون پوسته، مناسب فضاهای کوچک |
2. بر اساس نوع خروجی سیگنال
| نوع | توضیح |
|---|---|
| انکودر افزایشی | خروجی نسبی (فاز A/B/Z)، نیاز به شمارش دائمی |
| انکودر مطلق | خروجی موقعیت مطلق، حفظ موقعیت پس از قطع برق |
| انکودر آنالوگ | سیگنال ولتاژی یا جریانی پیوسته (مثلاً 0–10V، 4–20mA) |
3. بر اساس فناوری حسگری
| فناوری | ویژگی‌ها و کاربردها |
|---|---|
| اپتیکال | دقت بالا، مناسب محیط‌های تمیز |
| مغناطیسی | مقاوم در برابر گرد و غبار و روغن |
| خازنی | کم‌مصرف، مقاوم در برابر لرزش، مناسب ابزار دقیق |
| القایی | ضد تداخل، مناسب ماشین‌آلات سنگین |
4. بر اساس واسط ارتباطی
| نوع رابط | توضیح |
|---|---|
| پالس A/B/Z | خروجی استاندارد افزایشی |
| رابط آنالوگ | مناسب سیستم‌های قدیمی یا PLCهای ساده |
| رابط سریال (SSI/BiSS) | دقت بالا، بلادرنگ، برای انکودرهای مطلق |
| Fieldbus (CANopen/Profibus) | ارتباط چندگره‌ای و انعطاف‌پذیر |
| اترنت صنعتی (EtherCAT/Profinet) | عملکرد بلادرنگ بالا در اتوماسیون پیچیده |
انکودر چگونه کار می‌کند؟
اجزای اصلی انکودر عبارت‌اند از:
- عنصر حرکتی: مانند شافت چرخشی، ریل خطی یا سیم جمع‌شونده
- دیسک کد یا نوار مغناطیسی: الگوهای دوره‌ای برای تشخیص موقعیت
- حسگر: سنسورهای نوری، مغناطیسی، خازنی یا القایی
- واحد پردازش سیگنال: تبدیل داده‌ها به خروجی استاندارد
- رابط خروجی: اتصال به کنترلر برای ارسال بلادرنگ داده‌ها
در حین حرکت، سیستم داخلی انکودر موقعیت را تشخیص داده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. انکودر اپتیکال از نور و دیسک کد استفاده می‌کند، مغناطیسی تغییر میدان مغناطیسی را تشخیص می‌دهد و خازنی تغییرات میدان الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند.
شاخص‌های عملکردی کلیدی
| پارامتر | توضیح |
|---|---|
| رزولوشن | تعداد پالس‌ها در هر واحد حرکت (مثلاً PPR یا بیت) |
| دقت | انحراف بین مقدار واقعی و اندازه‌گیری‌شده |
| تکرارپذیری | پایداری اندازه‌گیری در نقطه یکسان |
| حداکثر فرکانس پاسخ | بیشینه فرکانس سیگنال متناسب با سرعت ورودی |
| سطح منطق خروجی | استانداردهایی مانند TTL، HTL، RS422 |
| سطح حفاظت (IP) | مانند IP65 و IP67 برای مقاومت در برابر گرد و غبار و آب |
کاربردهای رایج
- اتوماسیون صنعتی: موقعیت‌یابی نوار نقاله، کنترل سروو، بازخورد سیلندر الکتریکی
- ماشین CNC: موقعیت‌یابی محورهای X/Y/Z، موقعیت‌یاب ابزار
- رباتیک: تشخیص زاویه مفصل، بازخورد پلتفرم متحرک
- تصویربرداری پزشکی: کنترل حرکتی در MRI و CT
- انرژی تجدیدپذیر: کنترل چرخش توربین بادی، ردیاب خورشیدی
- هوافضا و دفاعی: کنترل سطوح پروازی، موقعیت‌یابی پروازی دقیق
ساختار و نمودار سیگنال انکودر
شکل ۱: ظاهر کلی انکودر چرخشی
شکل ۲: ساختار داخلی شامل دیسک کد، حسگر، پردازشگر سیگنال
استانداردهای مرتبط
- IEC 60050-351: واژگان اندازه‌گیری در الکتروتکنیک
- ISO 13849: ایمنی عملکردی ماشین‌آلات (شامل انکودرهای ایمنی)
- IEC 60529: استاندارد IP برای حفاظت گرد و غبار و آب
- IEC 61800-5-2: ایمنی عملکردی سیستم‌های درایو
- CiA 406: پروفایل CANopen برای انکودر
- IEC 61158: تعریف پروتکل‌های Fieldbus
واژه‌نامه
| واژه | معنا |
|---|---|
| PPR | پالس در هر دور |
| CPR | شمارش در هر دور |
| فاز Z | سیگنال مرجع یک‌بار در هر چرخش |
| TTL | سیگنال دیجیتال ۵ ولت |
| HTL | سطح ۱۰–۳۰ ولت با مقاومت بالا در برابر نویز |
| RS422 | سیگنال دیفرانسیلی برای انتقال پرسرعت و بلندبرد |
| SSI | رابط سریال هماهنگ، در انکودرهای مطلق |
| BiSS | پروتکل سریال با کارایی بالا و منبع‌باز |
خلاصه:
انکودرها نقش پل میان سیستم‌های فیزیکی و کنترل دیجیتال را دارند. شناخت انواع، ساختار، خروجی و استانداردهای انکودرها به انتخاب و یکپارچه‌سازی بهتر آن‌ها در پروژه‌های اتوماسیون و کنترل دقیق کمک می‌کند.