📘 Bách khoa mã hóa

Thuật Ngữ Encoder

Trang này thu thập một cách có hệ thống và giải thích chi tiết các thuật ngữ kỹ thuật thường gặp và quan trọng trong lĩnh vực encoder (bộ mã hóa), bao gồm các thông số điện, đầu ra tín hiệu, cấu trúc cơ khí, giao thức truyền thông, khả năng thích ứng môi trường, hiệu chuẩn độ chính xác, an toàn chức năng, giới hạn tải và nhiều khía cạnh khác. Nội dung phù hợp cho các kỹ sư, nhà tích hợp hệ thống, nhân sự R&D, người mua sắm kỹ thuật, cũng như những ai muốn tìm hiểu sâu hơn về encoder.

Thuật ngữ đầu ra và tín hiệu encoder

Thuật ngữ Viết tắt tiếng Anh Định nghĩa
Độ phân giải Resolution Số tín hiệu do encoder tạo ra trên mỗi đơn vị chuyển động, dùng để đo độ chính xác. Có thể biểu diễn dưới dạng PPR, CPR, bit, LPI, CPI, v.v.
PPR Pulses Per Revolution Số xung mỗi vòng quay, thường gặp ở encoder quay (rotary) kiểu gia tăng (incremental). Chỉ ra số xung sinh ra trong một vòng quay hoàn chỉnh
CPR Counts Per Revolution Số count trên mỗi vòng quay, thường gồm cả nhân tần số. Ví dụ ở chế độ nhân bốn (x4), CPR = PPR × 4
DPI Dots Per Inch Số “điểm” trên mỗi inch, thường dùng cho quét quang học độ phân giải cao và đo lường tuyến tính
CPI Counts Per Inch Số count trên mỗi inch (1 inch), dùng để đánh giá độ phân giải của encoder tuyến tính
LPI Lines Per Inch Số dòng trên mỗi inch trên thang đo quang; cũng dùng để mô tả độ phân giải của encoder tuyến tính hoặc máy quét
Pha A/B A/B Channels Hai kênh tín hiệu vuông góc (quadrat) đầu ra của encoder gia tăng, lệch pha 90°, dùng phân biệt hướng và đếm số
Pha Z Zero Pulse / Index Xung tham chiếu được xuất một lần duy nhất mỗi vòng ở encoder kiểu gia tăng, dùng để quay về vị trí gốc (zero)
Kênh N N Channel Một số hãng gọi pha Z bằng tên khác là kênh N
U/V/W – Kênh tín hiệu chuyển pha cho động cơ servo, dùng cho chuyển pha điện tử hoặc phát hiện pha động cơ
TTL Transistor-Transistor Logic Mức logic số 5 V tiêu chuẩn, phù hợp cho truyền xung tốc độ cao khoảng cách ngắn
HTL High Threshold Logic Logic mức điện áp 10–30 V, khả năng chống nhiễu tốt, phù hợp môi trường công nghiệp
Open Collector OC Kiểu đầu ra collector hở, cần điện trở kéo lên (pull-up) bên ngoài, linh hoạt trong điều chỉnh mức điện
Push-Pull – Đầu ra push-pull, có thể điều khiển tải theo hai hướng, không cần điện trở kéo lên; thường thấy ở encoder công nghiệp
Line Driver LD / RS422 Tiêu chuẩn đầu ra vi sai, tăng khả năng chống nhiễu, cho phép truyền tốc độ cao ở khoảng cách xa
Đầu ra điện áp Voltage Output Đầu ra tương tự (0–5 V, 0–10 V, v.v.), thuận tiện cho việc đọc giá trị analog đơn giản
Đầu ra dòng điện Current Output Đầu ra analog thường gặp là 4–20 mA, khả năng chống nhiễu tốt hơn, phù hợp truyền khoảng cách xa
PWM Pulse Width Modulation Dùng độ rộng xung để truyền thông tin vị trí hay góc quay, áp dụng trong một số ứng dụng tùy biến hoặc đặc thù
1Vpp/11µApp – Đầu ra tín hiệu hình sin/cos analog, thường dùng trong encoder dạng vạch quang hoặc vạch từ (có thang), hỗ trợ chia nhỏ độ phân giải chính xác

Loại encoder, nguyên lý hoạt động và phương thức cảm biến

Thuật ngữ Định nghĩa
Encoder gia tăng Xuất liên tục xung biểu thị biến thiên vị trí; cần bộ điều khiển hoặc bộ đếm cộng dồn xung để có vị trí tuyệt đối
Encoder tuyệt đối Mỗi vị trí ứng với một mã duy nhất; vẫn giữ được vị trí nếu mất điện, phù hợp các ứng dụng phức tạp nhiều trục hoặc đòi hỏi độ tin cậy cao
Encoder một vòng (singleturn) Chỉ đo lường vị trí trong một vòng quay, không ghi lại số vòng
Encoder nhiều vòng (multiturn) Có bộ bánh răng, cơ cấu từ hoặc cảm ứng để ghi nhận số vòng quay; gồm loại cơ khí và loại điện tử
Encoder quang học Sử dụng nguồn sáng, vạch quang và cảm biến quang, đo không tiếp xúc; độ phân giải cao, độ chính xác tốt
Encoder từ tính Tận dụng hiệu ứng Hall hoặc từ điện trở để phát hiện thay đổi trường từ; ít nhạy với bụi, dầu, phù hợp môi trường khắc nghiệt
Encoder điện dung Dựa trên sự thay đổi điện trường giữa các bản cực tụ điện; kết cấu gọn, thích hợp hệ thống nhẹ, không gian hẹp
Encoder cảm ứng Đo góc hoặc chuyển vị bằng cảm ứng điện từ, chống nhiễu điện từ tốt, chịu rung động cao
Encoder kit Còn gọi là Kit Encoder, không có vỏ ngoài, thiết kế để nhúng vào động cơ hoặc khớp robot, v.v.
Encoder dây kéo (pull-wire) Dùng dây cáp thép và tang cuốn để đo hành trình tuyến tính dài (thang nâng, cổng, cẩu, v.v.)
Encoder quay Đo góc quay và tốc độ trục, ứng dụng rộng rãi trong động cơ, bàn quay, servo driver
Encoder tuyến tính Đo chuyển động tịnh tiến, thường thấy ở máy CNC, máy đo tọa độ 3D, thiết bị bán dẫn
Encoder đa kênh Xuất cùng lúc nhiều loại tín hiệu (chẳng hạn A/B/Z + UVW + giao diện nối tiếp), thỏa mãn yêu cầu chuyển pha động cơ, đo vị trí, giao tiếp mạng
Encoder lập trình được Các tham số (chế độ đầu ra, độ phân giải, hướng) có thể cấu hình bằng phần mềm hoặc thiết bị chuyên dụng
Định dạng mã hóa Dạng mã trong encoder tuyệt đối, như Gray Code, Binary, BCD, Excess Code, v.v.

Giao thức truyền thông và giao diện công nghiệp

Giao thức / Giao diện Định nghĩa
SSI Synchronous Serial Interface: Giao tiếp nối tiếp đồng bộ cho dữ liệu encoder tuyệt đối; cấu trúc đơn giản, khả năng chống nhiễu cao
BiSS-C Giao thức nối tiếp đồng bộ mở, tốc độ cao, hỗ trợ full-duplex và kết nối chuỗi cho nhiều trục; phổ biến với encoder tuyệt đối cao cấp
EnDat Giao diện nối tiếp hai chiều của Heidenhain, kèm tính năng kiểm tra và phản hồi độ phân giải cao
CANopen Giao thức mở dựa trên bus CAN, sử dụng từ điển đối tượng (Object Dictionary), mạng nhiều nút; được sử dụng rộng rãi ở châu Âu trong tự động hóa công nghiệp
Profibus-DP Tiêu chuẩn bus trường, tốc độ baud cao và hỗ trợ trao đổi dữ liệu theo chu kỳ; thường dùng trong các hệ thống điều khiển quy mô lớn về quy trình và sản xuất rời rạc
DeviceNet Giao thức bus CAN của Allen-Bradley, tập trung vào kết nối đơn giản giữa thiết bị và bộ điều khiển
EtherCAT Giao thức Ethernet thời gian thực do Beckhoff phát triển, hỗ trợ đồng hồ phân tán và đồng bộ nhiều trục; phù hợp kiểm soát tốc độ cao, độ chính xác cao
PROFINET Tiêu chuẩn Ethernet công nghiệp do Siemens quảng bá, kết hợp kỹ thuật IT với truyền thông thời gian thực; phù hợp cho tự động hóa nhà máy và quá trình
IO-Link Giao thức truyền thông điểm-điểm giữa cảm biến – cơ cấu chấp hành, hỗ trợ chuẩn đoán thông minh và cấu hình tham số từ xa
Ethernet/IP Dòng giao thức CIP (Common Industrial Protocol) do Rockwell thúc đẩy, phù hợp truyền động phân tán, thiết bị trường và SCADA
Modbus RTU/TCP Giao thức mở kiểu master-slave, phù hợp mở rộng I/O từ xa và hệ thống phân tán
UART Giao tiếp nối tiếp không đồng bộ phổ biến (ví dụ RS232/RS485), hay gặp ở module encoder đơn giản hoặc giá thấp
SPI/I²C Giao diện nối tiếp cấp chip (bán dẫn), phù hợp encoder cỡ nhỏ hoặc tiêu thụ điện thấp
SERCOS SErial Real-time COmmunication System, giao thức điều khiển chuyển động thời gian thực qua sợi quang hoặc Ethernet; được dùng trong máy CNC và servo độ chính xác cao

Thuật ngữ lắp đặt và giao diện cơ khí

Thuật ngữ Định nghĩa
Trục đặc (solid shaft) Trục chính của encoder là hình trụ đặc; cần khớp nối hay thiết bị kẹp ngoài để truyền mô-men xoắn
Trục rỗng (hollow shaft) Encoder với trục rỗng, có thể gắn trực tiếp vào trục động cơ, giảm nhu cầu khớp nối
Trục bán rỗng Kiểu trục rỗng một đầu, kết hợp tiết kiệm không gian và lắp đặt dễ dàng
Lắp đặt bằng mặt bích Gắn encoder với thiết bị qua mặt bích trước hoặc đồng bộ (DIN standard), ví dụ mặt bích tròn hoặc vuông
Mặt bích đồng bộ Mặt bích tiêu chuẩn tròn (Synchro Flange), siết cố định bằng kẹp hoặc vít
Mặt bích kẹp servo Mặt bích có rãnh kẹp hoặc lỗ định vị, cho phép căn chỉnh và cố định nhanh trên động cơ servo hoặc hệ cơ khí
Khoảng cách lỗ lắp Khoảng cách giữa các lỗ ốc trên thân encoder; phải khớp với mặt lắp đặt của máy
Độ sâu lắp đặt Độ sâu trục/ống rỗng encoder được cắm vào; quá nông gây lắc, quá sâu có thể làm hỏng
Khớp nối Bộ phận kết nối trục đặc của encoder với trục động cơ/máy; thường gặp các loại khớp nối đàn hồi, khớp nối ống gợn sóng, khớp nối cứng, v.v.
Tải hướng kính/dọc trục Giới hạn lực hướng kính hoặc dọc trục mà vòng bi encoder chịu được; vượt quá sẽ ảnh hưởng tuổi thọ và độ chính xác

Khả năng thích ứng môi trường và độ tin cậy

Thuật ngữ Định nghĩa
Cấp bảo vệ IP Định nghĩa mức bảo vệ chống bụi và nước theo IEC 60529, ví dụ IP65, IP67, IP68; giá trị càng cao khả năng bảo vệ càng tốt
Nhiệt độ làm việc Phạm vi nhiệt độ mà encoder có thể hoạt động đúng thông số danh định, ví dụ -20°C đến +85°C
Nhiệt độ lưu kho Phạm vi nhiệt độ cho phép khi thiết bị không cấp nguồn
Chống rung Khả năng vòng bi và kết cấu bên trong encoder chịu được rung động cơ học, thường đo bằng giá trị g
Chống va đập Giới hạn gia tốc/va đập tức thời, đo bằng g
EMC (Electromagnetic Compatibility) Tương thích điện từ, gồm khả năng chống nhiễu điện từ và không phát xạ nhiễu quá mức
ESD Độ chống phóng tĩnh điện (Electrostatic Discharge), đánh giá mức nhạy của encoder với các xung tĩnh điện
Cấp SIL Cấp độ an toàn chức năng (Safety Integrity Level), chẳng hạn SIL2 hay SIL3, dành cho các ứng dụng quan trọng (thang máy, robot, hệ thống đường sắt, v.v.)
MTBF Mean Time Between Failures, thời gian trung bình giữa các lần hỏng, thể hiện độ tin cậy chung của thiết bị
RoHS / REACH Hạn chế các chất độc hại / Quy định đăng ký hóa chất, áp dụng cho vật liệu encoder đảm bảo tuân thủ an toàn và môi trường

Độ chính xác, sai số và thuật ngữ hiệu chuẩn hệ thống

Thuật ngữ Định nghĩa
Độ chính xác hệ thống Độ lệch lớn nhất giữa giá trị đầu ra của encoder và vị trí thực tế, gồm sai số từ encoder, sai số lắp đặt, sai số bộ điều khiển, v.v.
Độ phân giải (resolvability) Đơn vị thay đổi vị trí nhỏ nhất mà encoder có thể phát hiện; càng cao, càng ghi nhận được chuyển động vi mô
Độ lặp lại Mức độ nhất quán của kết quả khi nhiều lần quay lại cùng vị trí, chịu ảnh hưởng chính từ khe hở cơ khí và nhiễu tín hiệu
Sai số tuyến tính Độ sai lệch phi tuyến giữa đầu ra encoder và giá trị thực, thường bù bởi hiệu chỉnh hoặc phần mềm
Sai số điểm 0 Độ lệch giữa pha Z (hoặc tín hiệu gốc) và điểm 0 cơ khí thực; có thể điều chỉnh cơ khí hoặc phần mềm để sửa
Sai số mã hóa Sai lệch do chế tạo đĩa mã không hoàn hảo, phân bố cực từ không đều, lắp đặt sai, v.v.
Hệ số hiệu chuẩn Thông số dùng để hiệu chuẩn hệ thống hoặc bù tuyến tính, giúp cải thiện độ chính xác tổng thể
Phản hồi PID Trong hệ servo, encoder là cảm biến vòng kín; hệ thống điều chỉnh tỷ lệ (P), tích phân (I), vi phân (D) để chuyển động bám sát mục tiêu
Hysteresis Sai số hồi vị trí khi đổi hướng chuyển động, do lực cản hoặc khe hở cơ khí. Một số encoder gia tăng hoặc hệ truyền động có thể gặp hiện tượng này

Các thuật ngữ khác và bổ sung

Thuật ngữ Định nghĩa
Mã Gray (Gray Code) Một phương pháp mã hóa trong đó hai từ mã liên tiếp chỉ khác một bit; giúp giảm nhiễu chuyển mạch; thường dùng ở encoder tuyệt đối
Mã nhị phân (Binary Code) Encoder tuyệt đối xuất giá trị trực tiếp ở dạng nhị phân, dễ dàng giải mã bởi bộ điều khiển
Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Mỗi 4 bit biểu diễn một chữ số thập phân; một số encoder tuyệt đối cũ hoặc thiết bị đo lường dùng
Excess Code Một dạng mã bù, giúp chuyển mã mượt hơn; gặp ở một số encoder tuyệt đối cũ hoặc hệ thống tùy chỉnh
Bộ bánh răng nhiều vòng (multiturn gears) Trong encoder tuyệt đối kiểu cơ khí nhiều vòng, bánh răng bên trong theo dõi số vòng quay
Nhiều vòng điện tử (electronic multiturn) Ghi số vòng quay qua mạch nội hoặc bộ nhớ từ, không cần bánh răng cơ; thường thấy trong encoder tích hợp động cơ servo không chổi than (BLDC)
Kênh UVW Tín hiệu gia tăng phục vụ chuyển pha cho động cơ ba pha, thường thấy ở servo và drive BLDC
Tỷ lệ S/N (Signal to Noise Ratio) Tỷ số giữa tín hiệu và nhiễu, đánh giá độ rõ và ổn định của đầu ra encoder
Tốc độ quay tối đa Tốc độ quay tối đa mà encoder vẫn làm việc an toàn và giữ chính xác; vượt quá có thể méo tín hiệu hoặc tăng mài mòn vòng bi
Tốc độ tuyến tính tối đa Tốc độ tối đa mà encoder tuyến tính đo được mà không lỗi; vượt quá có thể thiếu băng thông tín hiệu gia tăng hoặc không đảm bảo truyền dữ liệu
Encoder dự phòng Encoder có hai cảm biến hoặc hai kênh đầu ra, dùng cho ứng dụng an toàn (ví dụ cấp SIL3). Nếu encoder chính hỏng, encoder dự phòng sẽ thay thế

Tiêu chuẩn tham chiếu và mở rộng

Lưu ý: Định nghĩa có thể hơi khác nhau ở từng hãng hoặc tiêu chuẩn ngành. Khuyến nghị tham khảo tài liệu sản phẩm cụ thể để xác nhận. Trang này sẽ liên tục cập nhật, nhằm bổ sung thêm công nghệ tiên tiến và tình huống ứng dụng mới. Hãy đóng góp và chỉnh sửa tại Encoder.wiki!

← Lịch sử của bộ mã hóa Giải thích các tham số chính của bộ mã hóa →

Document
Contents

Dark
Mode