سنسور شفت انکورد چیست

انکودرها در دو دسته دوار و خطی قرار دارند. دسته انکودرهای دوار شامل انکودرهای مطلق و انکودرهای افزایشی است. سنسور شفت انکودر (Shaft Encode) نوعی سنسور با فرستنده و گیرنده نوری است که برای اندازه گیری زاویه چرخش و سرعت چرخش در سیستم های صنعتی استفاده می شود. شفت انکودر دارای دو نوع افزایشی و مطلق است.

شفت انکودر افزایشی

یک انکودر افزایشی یک صفحه دوار پر از حفره یا شکاف دور تا دور آن است که منبع نوری در مقابل آن قرار دارد. با حرکت این صفحه هر بار که نور از شکافی عبور کند به سنسور نور برخورد می کند و در نتیجه انکودر متوجه انجام حرکت می شود.

دقت این انکودر به تعداد سوراخ یا حفره بستگی دارد و با این که میزان تغییرات حرکت را مشخص می کند، نمی تواند موقعیت را تعیین کند.

نوع افزایشی به ازای چرخش انکودر با زاویه مشخص، پالس تولید می کند، تعداد پالس های تولید شده بستگی به دقت و وضوح سنسور دارد.

معمولاً در هر دور حداقل 200 پالس و حداکثر 300 پالس تولید می شود. توسط این سنسور، علاوه بر زاویه چرخش، جهت چرخش نیز به دست می آید.

در این نوع انکودر، نقطه ای به نام نقطه صفر وجود دارد که انکودری روی یکی از پایه هایش در این نقطه، یک پالس می دهد. کاربرد عمده انکودر در سنجش زاویه چرخش است ولی از آن برای اندازه گیری طول هم می توان استفاده کرد.

برای تعیین جهت چرخش در انکودر افزایشی، دو ردیف شیار روی صفحه دایره ای شکل تعبیه می شود که این دو ردیف نسبت به هم 90 درجه اختلاف فاز دارند(فازهای A و B) اگر خروجی در A نسبت به B پیش فاز داشته باشد، یعنی انکودر در جهت چپ می چرخد.

در یک ردیف، فقط یک شیار وجود دارد که به آن فاز Z می گویند. در هر دور یک پالس می دهد که نقطه صفر را مشخص می کند. با استفاده از PLC یا آی سی 4017 می توان خروجی را روی صفحه نمایش نشان داد.

عیب بزرگ این نوع انکودرها آن است که با قطع برق نمی توانند موقعیت خود را تشخیص دهند و باید مجدداً در موقعیت صفر قرار گیرند تا تعداد چرخش یا جهت راست گرد یا چپ گرد آن مشخص شود.

• شکل موج سیگنال پالس فازهای A و B در  انکودر افزایشی در جهت گردش عقربه های ساعت

• شکل موج سیگنال پالس فازهای A و B در  انکودر افزایشی در خلاف جهت گردش عقربه های ساعت

انکودر گشتاور بالایی دارد. اگر هر سیستم مکانیکی با سروو اتصال پیدا کند، دقت آن پایین می آید، به همین دلیل برای اتصال آنها از گیربکس استفاده می شود.

شفت انکودر مطلق

این نوع انکودر دارای صفحه دوار متشکل از چندین شبکه است. هر شبکه شامل چندین قطاع است و یک الگوی رنگی خاص خود را دارد. تشخیص موقعیت و زاویه در انکودر مطلق براساس این است که شاخص بر روی کدام الگو قرار می گیرد.

در انکودر مطلق با توجه به موقعیتی که صفحه دارد، پالس های خروجی ایجاد می شوند. این نوع انکودر به صورت باینری، گری و… در خروجی ظاهر می شود. هنگام تهیه این نوع انکودر باید به کدی که توسط آن ایجاد می شود توجه کرد. کاربرد عمده آن در سروو موتورهاست که به عنوان فیدبک موقعیت و سرعت استفاده می شود.

قیمت تمام شده این نوع انکودر بسیار بالاست و از افزایشی گران تر است. مزیت عمده این نوع انکودر مطلق بودن آن است، یعنی در هر نقطه خاص یک پالس به خصوص تولید می کند که از روی آن می توان موقعیت دقیق آن را مشخص کرد.

در انکودر مطلق، روشی برای خروج کد باینری به عنوان سیگنال دیجیتال و روش تبدیل کد باینری به یک ولتاژ آنالوگ و خروجی آن وجود دارد.

علاوه بر این برای سیگنال های دیجیتال یک خروجی موازی وجود دارد که یک کد باینری را که از چند شکاف از طریق چندین خط سیگنال به دست می آید، خارج می کند. یک خروجی سریال هم وجود دارد که هم زمان با سوئیچینگ چندین خط سیگنال از خروجی موازی، یکی یکی به طور متوالی با زمان، یک خط سیگنال خروجی می دهد. 

ارتباط بین اطلاعات زاویه، کد باینری، سیگنال خروجی دیجیتال و ولتاژ خروجی آنالوگ در انکودر مطلق:

سیگنال خروجی موازی و سیگنال خروجی تبدیل سریال در انکودر مطلق:

• انکودر مغناطیسی

انکودر مغناطیسی توسط اثرهال و اثر مگنتو رزیسیتو (MR) و رلوکتانس متغییر عمل می کند. آنچه در انواع انکودرهای مغناطیسی مشترک است، این است که در همگی آنها با یک آهنربای حلقه ای بر یک شفت قرار گرفته است و یا چرخ دنده ای به جای آن وجود دارد که از جنس مواد فرومغناطیسی می باشد.

اما تفاوت در انکودرهای مغناطیسی مربوط به بخش ذخیره تغییرات است. این بخش یا از سنسور های اثرهال یا سنسورهای AMR استفاده می کند و یا از رلوکتانس متغیر استفاده خواهد نمود. بخش ذخیره تغییرات در انکودرهای مغناطیسی، رلوکتانس متغیر از یک سیم پیچ که در میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی قرار گرفته است تشکیل شده است.  با عبور دندانه های چرخ دنده از مقابل آن، ضریب نفوذپذیری تغییر می کند و در نتیجه تغییر چگالی مغناطیسی باعث تولید ولتاژی در پایانه های سیم پیچ می شود.

                                                                                                                                    عملکرد انکودر مغناطیسی

انواع انکودر مغناطیسی

انکودرهای مغناطیسی دو نوع مطلق و افزایشی دارند.  در نوع افزایشی از همان روش انکودرهای نوری استفاده میشود و در نوع مطلق نیز شبیه انکودرهای نوری مطلق از کد باینری و برای افزایش ضریب اطمینان از کد گرى (Gray)  استفاده می شود، که در هر تغییر موقعیت، تنها یک تغییر در بیت های آن اتفاق می افتد. این انکودر ها در  فیدبک موتور، رباتیک، فیدبک پدال، موقعیت دندانه ها، موقعیت سنجی چند محوری، موقعیت سنجی آنتن GPS پزشکی: سنسور موقعیت اشعه ایکس، سنسور موقعیت دستگاه CATSCAN و دستگاه MRI کاربرد دارند.

• ویژگی های انکودرهای مغناطیسی

1- هزینه انکودرهای مغناطیسی 10 تا 20 درصد کمتر از انکودرهای نوری است.

2- عمر طولانی

3- حدود 50٪ اجزای کمتری را شامل می شوند.

4- انعطاف پذیری ساختمان آنها باعث میشود تا آماده سازی ماشین آلات با هزینه ناچیزی انجام شود.

5- قابلیت قرارگیری در قطعات یکپارچه