انکودر افزایشی و مطلق نوری (اصول و مبانی ابزار دقیق بخش ۴)

یکی دیگر از انواع مبدل‌های موقعیت، انکودرهای نوری هستند که دو نوع اصلی انکودر افزایشی (Incremental) و انکودر مطلق (Absolute) می‌باشند. انکودرهای نوری از نور برای اندازه‌گیری زاویه و یا جابجایی خطی استفاده می‌کنند. این مبدل‌ها بر اساس اصل انسداد نور کار می‌کنند. به این صورت که یک دیسک کد گذاری شده با داشتن شکاف‌ها یا سوراخ‌هایی که در فواصل منظم قرار گرفته‌اند، بین یک منبع نور و یک آشکارساز نوری می‌چرخد. انکودر افزایشی و انکودر مطلق نوری، یکی از متداول‌ترین انواع ترانسدیوسر یا مبدل موقعیت است. در صورتی که میخواهید بدانید ترانسدیوسر چیست مقاله ترانسدیوسر چیست، کاربرد و انواع آن را بخوانید. در این مقاله می‌خواهیم نحوه عملکرد انکودرهای نوری را شرح دهیم با ما همراه باشید.

بصورت کلی چهار نوع مبدل موقعیت به شرح زیر است.

1. پتانسيومتر 
2. ترانسفورماتور تفاضلی متغیر خطیLVDT و ترانسفورماتور تفاضلی متغير چرخشی RVDT
3. انکودر افزایشی و مطلق نوری 
4. سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver)

در این مقاله انکودر افزایشی و مطلق نوری به عنوان سومین مبدل موقعیت توضیح داده میشود با ما همراه باشید.

1.انکودر مطلق نوری

انکودر مطلق براي هر وضعيت (موقعيت) شفت، يك جمله (كد) منحصر به فرد توليد مي ­كند. كد خروجی با توجه به شکل موجود بر روي ديسك و تعدادی زوج آشكار كننده نوری، ايجاد می­ گردد. خروجی آشكار كننده­ های نوری، بسته به كد موجود برروی ديسك، روشن (صفر) يا خاموش (يك) می شود.

معمولاً انکودرهای مطلق نوری در مواردي كه وسيله مورد اندازه گيری به مدت طولانی، بی حركت و يا با سرعت كم ­باشد (مثل تلسكوپ، جرثقيل و يا آنتن)، کاربرد دارد.

مبدل­ های نوری مطلق با كدهای بسیار گوناگونی کار می کنند. اما متداول ترين این كدها، کد گري (Gray)، كد باينري و يا كد BCD مي­ باشند.

2. انکودر افزایشی نوری

انکودر افزايشي در زمانی كه شفت به مقدار تعيين شده ­اي می­ چرخد، يك پالس توليد مي­ كند. اين مبدل يك سری پالس با فواصل مكانيكی مساوی و مشخص تعیین شده را توسط حد تشخيص (رزولوشن) مورد نياز، توليد می­ كند.

به عنوان مثال، با مبدلی كه داراي 1000 قسمت ­باشد، مي توان با دقت 36/0 درجه، وضعيت شفت را تشخيص داد. در اين مبدل، 100 پالس، معادل 36 درجه و 150 پالس، معادل 54 درجه خواهد بود. تعداد پالس در هر دور، محدود به فواصل خطوط فيزيكي و كيفيت نور فرستنده است.

نوع ساده ­تر انکودر افزايشي، مبدل تاكومتر است. گاهي اوقات مبدل “تاكومتر” را انکودر نوري “تك فاز” يا “تك شيار” مي­ نامند چون فقط يك خروجی دارد و با آن نمی­ توان جهت را تشخيص داد. نمونه ای از شكل موج خروجی و شيارهای آن، در شكل زير دیده می شود:

اطلاعات مربوط به سرعت را مي­ توان با توجه به فاصله زماني بين پالس ­ها و يا تعداد پالس ­ها در يك محدوده زماني مشخص به دست آورد. وقتي فاصله زماني بين پالس ­ها را مورد استفاده قرار می گیرد، مبدل بايد توانایی اعمال دقت کافی در فاصله بين لبه تا لبه را داشته باشد.

اغلب انکودرهای افزايشي، دو كانال خروجي دارند به صورتی كه سيگنال های خروجي اين دو كانال، 90 درجه با يكديگر اختلاف فاز دارند. شكل زير نمونه ای از اين نوع مبدل را نمایش مي ­دهد:

اين انکودر، توانایی تشخيص جهت حركت با توجه به تقدم و يا تاخر اين دو كانال با يكديگر را دارا است. اگر مبدل يك كاناله در روي لبه بايستد، موجب ایجاد خطا در شمارش می شود.

خدمات نیکسا: مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی نیکسا

به این دلیل که لرزش، باعث عقب و جلو رفتن لبه می شود، شمارنده با هر لبه به صورت افزایشی برخورد کرده آن را مورد شمارش قرار خواهد داد. گرچه سيستم ثابت به نظر مي­ رسد. با استفاده از مبدل دو كاناله حتي در چنين حالتي با ملاحظه وضعيت كانال ديگر، مي ­توانيم از خطا جلوگيري و جهت صحيح را نيز تشخيص دهيم.

به محض اين كه سيگنال درجه ­بندی (Quadrature Signal) آشكار شود مي توانيم پالسی با پهناي ثابت و مشخص و تغيير لبه معين در خلال يك سيكل ايجاد نماييم. اين پالس ­ها مي توانند توسط دو خط خروجي در خلاف يكديگر به يك شمارنده بالا-پايين و يا پورت ورودي قابل برنامه ريزي داده شوند. بسیاری از سازندگان شمارنده و يا كامپيوترهاي شخصي يك مدار آشكار كننده (Anti-Jitter) برای اين نوع مبدل­ هاي نوري دو كاناله، نيز فراهم نموده ­اند. چنین قابلیتی در سیستم، امكان استفاده از مبدل دو كاناله بدون نياز به مدارات اضافي را ایجاد می کند.

باید به این موضوع، اشاره کرد كه در كاربردهاي عملي، انواع بسیار گوناگونی از مبدل ­هاي نوري متناسب با نيازهاي گوناگون وجود دارد كه با مراجعه به سايت­ هاي اينترنتي تولیدکنندگان اين نوع مبدل­ ها، مي­ توان اطلاعات کاملی از آن ها کسب کرد.

سخن پایانی

در این مقاله با دو نوع اصلی انکودرهای نوری به نام انکودر افزایشی و انکودر مطلق آشنا شدیم. انکودرهای افزایشی پالس‌هایی را تولید می‌کنند که تعداد آنها با میزان چرخش یا جابه‌جایی متناسب است درحالی که انکودرهای مطلق یک کد دیجیتال را تولید می‌کنند که موقعیت مطلق را نشان می‌دهد. انکودرهای نوری در طیف گسترده‌ای کاربرد مانند ربات‌ها، سیستم‌های سروو و درایوهای موتور و تجهیزات اندازه‌گیری ابعاد. لازم به ذکر است که این مقاله بخشی از کتاب Industrial Control Electronics نوشته مایکل جاکوب است با مراجعه به بخش اصول و مبانی ابزار دقیق در مقالات سایت می توانید مقالات بیشتری را با محوریت این کتاب مطالعه نمایید.