Encoder là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Encoder là gì?

Encoder còn được gọi là bộ mã hóa quay hoặc bộ mã hóa trục, là một thiết bị cơ điện có chức năng chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra tương tự hoặc kỹ thuật số. Bộ mã hóa được sử dụng để phát hiện vị trí động cơ, hướng di chuyển, tốc độ… bằng cách đếm số vòng quay  của trục.

Cấu tạo của encoder là gì?

Cấu tạo Encoder cũng khá đơn giản bao gồm :

• Một đĩa tròn có các lỗ (rãnh) như hình xoay quay quanh trục cố định. Khi đĩa này bắt đầu quay và chiếu đèn LED trên mặt đĩa thì sẽ xảy ra hiện tượng ngắt quãng. Các rãnh sẽ chia đĩa tròn này thành các góc bằng nhau. Trên một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh được tính từ tâm tròn.
• Nguồn sáng.
• Bộ cảm biến thu.

Các loại cơ bản của Encoder là gì?

Dựa theo nguyên ký hoạt động của thiết bị thì có thể chia làm 2 loại cơ bản như sau:

• Encoder tuyệt đối: Tương ứng đĩa quay 8bit hay 8 dãy rãnh, cho ngõ ra dạng mã kỹ thuật số(BCD), Binary (nhị phân), Gray code.

Đĩa quay ở thiết bị encoder tuyệt đối được làm bằng vật liệu trong suốt, người ta chia mặt đĩa thành các góc bằng nhau và các đường tròn đồng tâm. Chúng có thể ghi nhớ vị trí khi bị mất nguồn do mỗi vị trí sẽ có một mã tín hiệu riêng.

• Encoder tương đối: Tương đương với đĩa 2 bit cho đầu ra xung sóng vuông pha AB, ABZ, ABZA|B|Z| (phát âm là A đảo, B đảo, Z đảo). Phổ biến nhất là loại bộ mã hóa với hai tín hiệu xung A và B. Tín hiệu khe Z là tín hiệu để xác định xem động cơ có thể thực hiện một vòng quay hay không.

Từ số xung, Encoder có số dây tương ứng: 6 hoặc 4 dây tùy loại. Các dây bao gồm : 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B, 1 dây pha Z…

Nguyên lý hoạt động của Encoder là gì?

Khi đĩa bắt đầu quay quanh trục thì trên đĩa sẽ có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua. Ánh sáng sẽ xuyên qua các rãnh, nếu không có rãnh thì ánh sáng sẽ bị cản trở không thể xuyên qua. Các tín hiệu có/không người ta sẽ ghi nhận đèn LED có chiếu qua hay không.

Số lượng xung được đếm và tăng dần theo số lần tắt đèn. Cảm biến thu  sáng  bật tắt liên tục sẽ tạo ra xung vuông. Sử dụng  bộ mã hóa  ghi  lại số lượng xung và tần số xung. Tín hiệu xung được gửi đến bộ xử lý trung tâm như bộ vi xử lý hoặc PLC,… Từ đó cho phép người vận hành biết  vị trí và tốc độ của động cơ.

Xác định chiều quay của động cơ như thế nào?

Thông thường Encoder sẽ có 2 tín hiệu xung là A và B giúp bạn có thể xác định được chiều quay của động cơ. Tín hiệu khe Z là tín hiệu chỉ xuất ra khi động cơ quay được một vòng hoàn chỉnh.

Để xác định được chiều quay của động cơ. Khi đèn LED phát tín hiệu. Hai pha A và B có nhiệm vụ thu tín hiệu. A và B sẽ tạo ra các xung vuông bật tắt theo trình tự. Sự chênh lệch tần số xung giữa A và B giúp bạn có thể phân biệt được chiều quay của động cơ. Như hình bên trên thì pha A có chu kỳ trước pha B. Ta quy ước đó là chiều thuận và ngược lại.

Encoder thường có 6 dây hoặc 4 dây tùy loại. Các dây bao gồm : 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B, 1 dây pha Z. Dựa vào 2 dây A và B ta xác định được số vòng quay, vận tốc, chiều quay của động cơ. Để lập trình xử lý tín hiệu encoder, bạn có thể nối 2 dây tín hiệu A và B vào 2 chân timer. Hoặc ngắt ngoài của vi điều khiển, thiết lập vi điều khiển ở chế độ counter, vi điều khiển sẽ đếm xung từ vi điều khiển.

Vị trí lắp đặt Encoder như thế nào?

Nếu bạn chưa biết thiết bị này được lắp đặt ở đâu thì chúng tôi sẽ bật mí cho bạn là Encoder thường được lắp đặt tại 3 vị trí cơ bản như sau.:

• Được lắp ở phía sau động cơ Servo.
• Gắn phía trên trục động cơ Linear, ứng dụng cho các chuyển động tịnh tiến.
• Gắn trên băng tải để xác định tốc độ của băng tải…

Ứng dụng của encoder trong đời sống

Là thiết bị không thể thiếu trong nhiều ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Có thể kể đến như: tốc độ, hướng, khoảng cách,… giúp người dùng có những thông tin chính xác. Cụ thể

• Trong lĩnh vực tốc độ: Được gắn trong máy biến tần để máy bơm có thể bơm chất lỏng vào trong bồn chứa. Khi encoder được kết nối cùng máy biến tần thì có chức năng phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy của chất lỏng.
• Ngành công nghiệp ô tô: Trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô thì encoder được dùng trong việc sản xuất cảm biến chuyển động cơ học. Chúng có khả năng kiểm soát được tốc độ của xe.
• Điện tử tiêu dùng và văn phòng phẩm: Bộ mã hoá encoder được coi như một thiết bị dựa trên PC, máy in hay máy quét.
• Công nghiệp: Encoder được ứng dụng trong công việc dán nhãn, đóng gói và chế tạo máy với bộ điều khiển động cơ đơn và đa trục.
• Y tế: Bộ mã hoá encoder được ứng dụng trong máy quét y tế. Không chỉ vậy còn có chức năng điều khiển chuyển động bằng kính hiển vi. Hoặc nano của các thiết bị tự động và bơm phân phối.
• Quân đội: Được ứng dụng trong thiết kế anten định vị
• Dụng cụ khoa học: Định vị kính viễn vọng quan sát.

Thông số cần lưu ý khi lựa chọn encoder là gì?

Để giúp bạn lựa chọn được thiết bị ưng ý cũng như đúng nhu cầu thì chúng tôi đưa ra một vài thông số. Bạn cần chú ý khi tìm mua các thiết bị này. Cụ thể như sau:

• Đường kính trục, dạng trục: Bộ mã hóa có trục dương hoặc trục âm. Đường kính trục là 5-50mm. Loại trục âm (trục lõm) cho đường kính  từ 6mm trở lên
• Độ phân giải: Còn được gọi là số xung – tương ứng với số lượng tín hiệu mà bộ mã hóa có thể đếm được trong một vòng quay. Số lượng xung càng nhiều thì giá của bộ mã hóa vòng quay càng cao. Thang máy thường sử dụng xung 1024p/r.
• Điện áp: Việc lắp đặt nguồn điện không cẩn thận thường làm cháy bộ mã hóa. Nếu dải điện áp bộ mã hóa của bạn là 5-24V, điều đó khá đơn giản. Đối với một số bộ mã hóa trục quay có trục lớn: 30-40mm. Tuy nhiên tùy theo máy mà mã hóa trục quay thường gặp một điện áp nhất định (5V, 12V, hoặc 15V). Nên trước khi lắp đặt vui lòng đọc kỹ. Nếu bộ mã hóa bị hỏng nên phải thay cả con, rất tốn kém.
• Đầu ra: AB, ABZ, AB đảo, ABZ đảo. Bạn có thể dễ dàng xác định tín hiệu đầu ra bằng cách xem số lượng dây được kí hiệu trên tem.
• Dạng ngõ ra: Có nhiều dạng ngõ ra, liệt kê sơ sơ gồm: Open Collector, Voltage Output, Complemental, Totem Pole, Line Driver. Dạng ngõ ra quy định nguồn cấp, đầu đọc thông tin …
• Dây cáp: Cáp càng dài thì càng dễ bị nhiễu. Dây tiêu chuẩn 1-3m. Tùy theo điều kiện sử dụng có thể lên đến 10 m.
• Phụ kiện: Phụ kiện: đi kèm encoder trục dương là Coupling, encoder trục âm là Pass. Coupling giúp nối encoder trục dương với motor trục dương, Pass giúp gắn encoder vào máy. Một encoder trục âm có 1-2 pass tùy loại.

Như vậy bài viết mà AME Group vừa giới thiệu đến bạn chính là những kiến thức quan trọng về encoder là gì cũng như những thông tin mà bạn còn đang thắc mắc. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi cung cấp có thể giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu. Cảm ơn bạn đã đón đọc bài viết và hẹn gặp lại trong những bài thông tin giá trị tiếp theo.