انکودرهای چرخشی مطلق

شکل 1: انکودرهای چرخشی مطلق شفت دار. 

یک رمزگذار چرخشی مطلق موقعیت زاویه ای یک شفت را بر اساس یک نقطه مرجع استاتیک تعیین می کند. آنها حسگرهایی هستند که سیگنال های دیجیتالی را تولید می کنند که مطابق با موقعیت در پاسخ به حرکت است. روش تعیین موقعیت بر اساس نوع رمزگذار متفاوت است. مزیت اصلی این نوع انکودر نسبت به سایرین این است که انکودرهای چرخشی مطلق اطلاعات موقعیت خود را پس از خاموش شدن از دست نمی دهند. آنها می توانند موقعیت مطلق را هنگام روشن شدن بدون چرخش شفت یا چرخه خانه فراهم کنند.

نمایش همه تولیدکنندگان انکودرهای چرخشی مطلق

انکودرهای چرخشی مطلق در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند که در آن سیستم های مکانیکی کنترل یا نظارت می شوند. آنها اغلب بر روی شفت موتور یا هر محور محرکی که نیاز به نظارت و کنترل موقعیت دارد نصب می شوند. آنها در رباتیک جراحی، میکروالکترونیک، رباتیک صنعتی، اتوماسیون و ماشین‌های CNC استفاده می‌شوند. استفاده از آنها در بسیاری از صنایع مانند هوافضا، نظامی، صنعتی، نفت و معدن، مخابرات، کالاهای مصرفی و صنعت پزشکی می باشد.

شکل 2: موتور شعاعی هواپیما.

تکنولوژی

رمزگذارها می توانند خطی یا چرخشی باشند. رمزگذارهای خطی حرکت خطی را اندازه گیری می کنند در حالی که انکودرهای چرخشی حرکت شعاعی را اندازه گیری می کنند. رمزگذارهای چرخشی را می توان بیشتر به دو دسته تقسیم کرد: مطلق و افزایشی. در حالی که رمزگذارهای چرخشی افزایشی می توانند فاصله، موقعیت و سرعت را اندازه گیری کنند، رمزگذارهای چرخشی مطلق می توانند موقعیت زاویه ای خاص را اندازه گیری کنند. اگر رمزگذار چرخشی مطلق دیجیتال باشد، موقعیت دقیق شفت با یک کد دیجیتال منحصر به فرد مرتبط است.

تفاوت بین رمزگذارهای چرخشی و مطلق را می توان با مقایسه کرونومتر و ساعتی که زمان را نشان می دهد، نشان داد. کرونومترها زمان افزایشی بین شروع و توقف را مشابه نحوه تشخیص یک رمزگذار افزایشی در موقعیت متفاوت اندازه گیری می کنند. در مقایسه، یک رمزگذار مطلق موقعیت خاصی شبیه به نحوه نمایش ساعت زمان فعلی را فراهم می کند.

رمزگذارهای چرخشی مطلق از فناوری های مختلفی استفاده می کنند. هر تکنولوژی مزایا و معایبی دارد.

نوری

یک انکودر چرخشی نوری دارای یک دیسک پلاستیکی یا شیشه ای با نواحی مات و شفاف است که موقعیت دیسک را مشخص می کند. دیسک همچنین می تواند از فلز تشکیل شده باشد و دارای سوراخ هایی در آن باشد تا موقعیت دیسک را مشخص کند. یک منبع نور، معمولاً به شکل یک LED، همراه با یک آرایه آشکارساز نوری یا گیرنده های عکس می تواند الگوی نوری حاصل را از موقعیت دیسک تفسیر کرده و آن را به بیت های داده تبدیل کند. سپس کد برای تعیین زاویه شفت به یک کنترل کننده ارسال می شود.

کد خاکستری معمولاً برای موقعیت های دیسک در رمزگذارهای چرخشی نوری استفاده می شود. این کد با کد باینری متفاوت است زیرا مقادیر متوالی تنها یک بیت متفاوت است. برای مثال، مقدار اعشاری «1» در باینری «001» و مقدار اعشاری متوالی «2» «010» خواهد بود. با این حال، با استفاده از کد خاکستری، '1' به '001' ترجمه می شود، و '2' '011' خواهد بود. مزیت اصلی کد خاکستری این است که انتقال بین حالت ها با سایر حالت ها مرتبط نیست، این به جلوگیری از خطاهای ناشی از حالت های گذرا در کد باینری کمک می کند.

این نوع رمزگذارهای چرخشی مطلق سه جزء اصلی، محفظه، بلوک نوری و بلوک الکترونیک را در نظر می گیرند. محفظه از رمزگذار در برابر محیط محافظت می کند. بلوک نوری شامل یک سیستم کدگذاری و تشخیص نوری است در حالی که بلوک الکترونیکی امکان تقویت و پردازش سیگنال را فراهم می کند. 

رمزگذارهای چرخشی مطلق نوری سرعت عملیاتی بالا، وضوح بالایی را ارائه می دهند و در بسیاری از محیط های عملیاتی قابل اعتماد هستند. 

فیبر نوری

رمزگذارهای چرخشی فیبر نوری سیگنال ها را در طول یک کابل فیبر نوری ارسال می کنند. انکودرهای مطلق فیبر نوری معمولاً زمانی استفاده می شوند که رمزگذارهای الکترونیکی معمولی کافی نیستند و نمی توانند به طور مؤثر عمل کنند. انکودرهای فیبر نوری می توانند در محیط هایی با تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) عملکرد خوبی داشته باشند. آنها در مناطقی که جرقه می تواند انفجار ایجاد کند ترجیح داده می شود. همچنین می توان از آنها برای انتقال سریع سیگنال در فواصل طولانی استفاده کرد.

مکانیکی

رمزگذارهای مطلق مکانیکی معمولاً از یک دیسک فلزی استفاده می کنند. از آنجایی که کنتاکت‌های نوع برس در هنگام استفاده مستعد ساییدگی هستند، معمولاً در برنامه‌های کم سرعت مانند دستگیره‌های تنظیم صدا یا کنترل‌های تنظیم استفاده می‌شوند.

مغناطیسی

رمزگذارهای چرخشی مطلق مغناطیسی از میدان های مغناطیسی برای تعیین موقعیت زاویه ای شفت استفاده می کنند. آهنربای دائمی یا آهنربای الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در اطراف دیسک همگن نیست. ممکن است از یک دیسک دایره ای با چندین قطب شمال و جنوب به نام حلقه چندقطبی یا مغناطیسی دوقطبی با قطب شمال و جنوب استفاده شود.

تفاوت در میدان مغناطیسی برای نشان دادن موقعیت دیسک استفاده می شود. بسته به موقعیت منبع مغناطیسی و سلول های حسگر، بزرگی میدان در اطراف رمزگذارها تغییر می کند. هندسه خاص برای تجزیه و تحلیل موقعیت خاص رمزگذار استفاده می شود.

انواع مختلفی از فناوری ها وجود دارد که در رمزگذارهای چرخشی مغناطیسی استفاده می شود. فناوری های رایج رمزگذارهای القایی، رمزگذارهای مغناطیسی مقاومتی و رمزگذارهایی هستند که از اثر هال استفاده می کنند.

رمزگذارهای چرخشی مطلق مغناطیسی اغلب در برنامه های ناهموار استفاده می شوند. آنها مقرون به صرفه هستند در حالی که وضوح عالی و سرعت عملیات بالا را ارائه می دهند. علاوه بر این، آنها به ویژه در برابر ضربه، رطوبت، گرد و غبار و تغییرات دما مقاوم هستند. این نوع انکودرها قابل اعتماد و قوی هستند و در برابر مواد شیمیایی نیز مقاوم هستند. برای جلوگیری از تداخل مغناطیسی در قرائت های موقعیت زمانی که از رمزگذارهای مغناطیسی در نزدیکی میدان های مغناطیسی خارجی مانند کنار موتورها استفاده می شود، می توان محافظ مغناطیسی را به رمزگذار اضافه کرد.

طرح ها

شکل 3: رمزگذار چرخشی مطلق. 

انکودرهای چرخشی مطلق در طرح های مختلف موجود هستند:

حلقه یا بدون بلبرینگ

رمزگذارهای حلقه اغلب بدون یاتاقان هستند و رمزگذار چرخشی از یک حلقه تشکیل شده است. رمزگذارهای بدون بلبرینگ به دلیل سنسورهای مغناطیسی غیر تماسی، سایش ندارند. این طراحی رمزگذار چرخشی در برابر محیط های خشن مقاوم است و طول عمر بالایی دارد.

شفت توخالی

یک انکودر چرخشی شفت توخالی برای عبور شفت موتور از محفظه انکودر طراحی شده است. این انکودرها در اندازه ها و رزولوشن های مختلف موجود هستند. آنها مستقیماً روی شفت موتور سوار می شوند و با استفاده از بازوی گشتاور یا اتصال انعطاف پذیر نصب می شوند. نصب این طرح نسبت به انکودرهای شفتی آسانتر است زیرا نیازی به کوپلینگ یا تراز شفت موتور با انکودر ندارند. 

شفت

رمزگذارهای چرخشی با شفت با استفاده از کوپلینگ انعطاف پذیر نصب می شوند. کوپلینگ را می توان برای مطابقت با انواع موتورها، حتی موتورهای قدیمی و غیر استاندارد تغییر داد. کوپلینگ به جذب حرکت شفت کمک می کند و ایزوله الکتریکی را از موتور یا شفت محرک فراهم می کند.

مینیاتور

رمزگذارهای چرخشی مطلق ممکن است برای استفاده در فضاهای به خصوص تنگ طراحی شوند. ابزارهای دقیق ممکن است به رمزگذارهای چرخشی مینیاتوری نیاز داشته باشند.

چند چرخشی

رمزگذارهای چرخشی مطلق چند تنه می توانند تعداد چرخش هایی را که رمزگذار انجام داده است تعیین کنند. تعداد چرخش ها با یک دنده کاهش داخلی متصل به محور محرک اندازه گیری می شود.

کیت رمزگذار

کیت های رمزگذار اجازه می دهد تا رمزگذارها به راحتی پیکربندی شوند. این راه حل ها اغلب مقرون به صرفه هستند و امکان سفارشی سازی را فراهم می کنند. آنها سریع مونتاژ می شوند تا امکان نگهداری و نصب سریع را فراهم کنند.

خروجی برق و رابط

رمزگذارهای چرخشی مطلق از رابط های مختلف مانند رابط های SSI، BiSS، Fieldbus و Ethernet و سایر کنترلرهای مربوطه پشتیبانی می کنند.

موازی

به طور کلاسیک، سیم کشی موازی در هنگام اتصال رمزگذارهای مطلق استفاده می شود. تأخیر کاهش می یابد زیرا همه بیت ها به طور همزمان منتقل می شوند اما به قیمت افزایش تعداد سیم ها. این می تواند منجر به افزایش خطا، هزینه های بالاتر و پیچیدگی بیشتر شود که منجر به نقاط خرابی اضافی می شود.

سریال

رابط های سریال اغلب ساده تر، قابل اطمینان تر و سریعتر از رابط های موازی هستند. این روش برای انتقال داده ها از رمزگذار به کنترل کننده، داده ها را جمع می کند تا سیم کشی را به حداقل برساند.

SSI/FSSI

رابط سریال همزمان (SSI) معمولاً در کاربردهای صنعتی استفاده می شود و یک انتخاب رایج برای کاربردهای حسگر است. در این پروتکل ارتباطی سریال نقطه به نقطه، داده ها با همگام سازی انتقال با استفاده از یک سیگنال ساعت مشترک منتقل می شوند.

SSI اغلب ساده ترین پروتکل ارتباطی موجود برای رمزگذارهای چرخشی مطلق است.

BiSS 

BiSS (دوطرفه/سریال/همزمان) یک رابط رمزگذار نقطه به نقطه است که می تواند هر زمان که کنترلر از رمزگذار نظرسنجی می کند، داده های موقعیت مطلق را ارسال کند.

ویژگی ها 

با طراحی فشرده، رمزگذارهای چرخشی مطلق دارای حافظه غیر فرار هستند و موقعیت دقیق و مطمئن را بدون چرخش شفت ارائه می دهند. اغلب این نوع رمزگذارها وضوح بالاتری نسبت به انکودرهای افزایشی ارائه می دهند. آنها می توانند در محورهای متعدد به دقت اندازه گیری کنند و چندین پروتکل خروجی دارند که امکان ادغام با بسیاری از قطعات الکترونیکی را فراهم می کند. بسیاری را می توان به صورت انعطاف پذیر برنامه ریزی کرد.

انکودرهای چرخشی مطلق مقاومت بالایی در برابر نویز الکتریکی دارند. رمزگذارهای مطلق یک کد خطا بررسی شده را از خروجی باینری یا به صورت دیجیتالی از طریق گذرگاه سریال می خوانند، که حساسیت به نویز را کاهش می دهد.

عملکرد راه‌اندازی بهتر از رمزگذارهای چرخشی افزایشی است به دلیل کم بودن هومینگ و زمان رسیدن به موقعیت اولیه. این ویژگی به آنها این امکان را می دهد که در مواقع قطع برق و سیستم یا ریست کردن، بازیابی بهتری داشته باشند.

رمزگذارهای مطلق زمانی استفاده می‌شوند که اندازه‌گیری موقعیت حیاتی است و نمی‌توان مرحله اولیه‌سازی را انجام داد. به طور کلی، رمزگذارهای چرخشی مطلق اغلب گرانتر از رمزگذارهای افزایشی هستند، اگرچه با پیشرفت فناوری های تولید، شکاف قیمت کاهش می یابد. هنگام انتخاب بین رمزگذارهای چرخشی مطلق یا افزایشی، توصیه می شود عملکرد، تجربه کاربر و همچنین قیمت را برای انتخاب نوع رمزگذار مناسب برای برنامه در نظر بگیرید.

منبع

globalspec