یک انکودر چرخش اجسام را به عنوان یک مقدار تغییر فیزیکی توسط عنصر حسگر تشخیص می‌دهد و در نهایت اطلاعات چرخش/زاویه را به صورت یک سیگنال الکتریکی به بیرون منتقل می‌کند. یک انکودر به چهار نوع طبقه‌بندی می‌شود:
مکانیکی، نوری، مغناطیسی و القایی الکترومغناطیسی. چهار نوع اطلاعات برای چرخش موتور با دقت بالا لازم است: مقدار چرخش، سرعت چرخش، جهت چرخش و موقعیت چرخش.
در بخش اول، اشاره کردیم که انکودر حسگری است که زاویه چرخش، جابجایی خطی و سرعت را تشخیص می‌دهد. حسگر یک عنصر یا قطعه الکترونیکی است که تغییرات پدیده‌های طبیعی را تشخیص می‌دهد. به عنوان مثال، یک حسگر نوری روشن/خاموش شدن نور را تشخیص می‌دهد و یک حسگر مغناطیسی توزیع میدان مغناطیسی را تشخیص می‌دهد.
سنسور نقش‌های زیر را دارد. با خروجی تغییر کمیت فیزیکی تشخیص داده شده به عنوان یک سیگنال الکتریکی، می‌توان اطلاعات را به خارج منتقل کرد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، انکودر سیگنال الکتریکی خروجی از عنصر حسگر را پردازش می‌کند و در نهایت اطلاعات چرخش/زاویه را به عنوان یک سیگنال الکتریکی دیجیتال یا آنالوگ به خارج ارسال می‌کند.
تفاوت در کمیت فیزیکی‌ای که باید اندازه‌گیری شود، به معنای تفاوت در روش تشخیص حسگر است. بنابراین، این موضوع یک عامل اساسی است که مزایا و معایب انکودرها را تعیین می‌کند. انکودرها بر اساس روش تشخیص، به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.
در این روش، موقعیت چرخشی با استفاده از یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) تشخیص داده می‌شود که مقاومت الکتریکی آن متناسب با زاویه‌ی چرخش تغییر می‌کند. این نوع انکودر مکانیکی معمولاً پتانسیومتر (Potentiometer) نامیده می‌شود. وقتی که اسلایدر (لغزنده) روی مقاومت‌ها حرکت می‌کند، مقدار مقاومت پتانسیومتر متناسب با فاصله‌ی حرکت اسلایدر تغییر می‌کند.
شکل ۲. دیاگرام انکودر مکانیکی (نوع تماسی)
در این روش، موقعیت چرخشی با استفاده از یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) تشخیص داده می‌شود که مقاومت الکتریکی آن متناسب با زاویه‌ی چرخش تغییر می‌کند. این نوع انکودر مکانیکی معمولاً پتانسیومتر (Potentiometer) نامیده می‌شود.
وقتی که اسلایدر (لغزنده) روی مقاومت‌ها حرکت می‌کند، مقدار مقاومت پتانسیومتر متناسب با فاصله‌ی حرکت اسلایدر تغییر می‌کند.
این روشی است که با استفاده از یک حسگر نوری تشخیص می‌دهد که آیا نور از شکاف‌های شعاعی یک دیسک چرخان (که به آن چرخ کد یا code wheel گفته می‌شود و به محور موتور متصل است) عبور می‌کند یا نه. وقتی نور از شکاف‌ها عبور می‌کند، سیگنال پالس نوری تغییر می‌کند. با شمردن تعداد این پالس‌ها، می‌توان مقدار چرخش محور موتور را تشخیص داد.
این روش از یک حسگر مغناطیسی برای اندازه‌گیری تغییرات در توزیع میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربای دائمی متصل به شفت موتور استفاده می‌کند. هنگامی که موتور می‌چرخد، توزیع میدان مغناطیسی آهنربای دائمی نیز تغییر می‌کند، بنابراین اگر آن را با یک حسگر مغناطیسی تشخیص دهید، می‌توانید موقعیت چرخشی شفت موتور را تعیین کنید. ما در بخش ۵ اصول عملکرد و ویژگی‌ها را توضیح خواهیم داد.
در این روش، تغییرات میدان مغناطیسی که بین سیم‌پیچ القایی (سیم‌پیچ تحریک) و سیم‌پیچ ثابت (سیم‌پیچ آشکارساز) متصل به محور موتور ایجاد می‌شود، خوانده می‌شود. اصل پایه‌ای این روش مشابه ترانسفورماتور است و از القای الکترومغناطیسی استفاده می‌کند. چنین انکودری را ریزولور (Resolver) می‌نامند.
تأمین برق برای سیم‌پیچ القایی چرخان در ریزولور، به‌دلیل استفاده از روش تماسی (مانند برس یا زغال)، ممکن است باعث فرسایش شود. با این حال، نوعی ریزولور به نام ریزولور با راکتانس متغیر (VR – Variable Reactance) وجود دارد که این مشکل را کاهش می‌دهد.
وضعیت چرخش چیست؟
برای نمونه، یک موتور را در نظر بگیرید که متوقف شده، در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد، در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد، با سرعت ثابت می‌چرخد، شتاب می‌گیرد، سرعتش کم می‌شود و غیره.
برای درک دقیق این شرایط و چرخاندن دقیق موتور، چهار نوع اطلاعات مورد نیاز است.
این بخش اطلاعاتی درباره‌ی این است که محور موتور چند بار و تا چه زاویه‌ای چرخیده است. برای مثال، در موتور DC بدون جاروبک (Brushless DC Motor)، می‌توان مقدار چرخش روتور را با تشخیص تغییر در قطب‌های مغناطیسی روتور به دست آورد، و از این طریق موتور را به‌صورت مؤثر و بهینه چرخاند.
این اطلاعاتی در مورد سرعت چرخش شفت موتور است. همانطور که در قسمت اول اشاره کردم، سروو موتور سرعت چرخش یک موتور DC بدون جاروبک یا موتور AC را تشخیص می‌دهد و کنترل بازخورد را انجام می‌دهد تا شفت موتور با سرعتی که توسط تقویت‌کننده سروو تنظیم شده است، بچرخد.
این اطلاعات نشان می‌دهد که محور موتور در کدام جهت چرخیده است — ساعت‌گرد یا پادساعت‌گرد. در سیستم‌هایی که مقدار چرخش محور موتور را از طریق تعداد پالس‌های خروجی انکودر تشخیص می‌دهند، اگر جهت چرخش به درستی شناسایی نشود، مقدار چرخش به‌اشتباه شمارش می‌شود.
این اطلاعات نشان می‌دهد که زاویه‌ی چرخش محور موتور چند درجه است. همانطور که در قسمت اول ذکر کردیم، موتورهای سروو و موتورهای سروو استپر از انکودرها برای تشخیص زاویه چرخش استفاده می‌کنند و از طریق کنترل فیدبک، بررسی می‌کنند که آیا زاویه چرخش هدف به دست آمده یا نه. در نتیجه، کنترل موقعیت با دقت بسیار بالا انجام می‌شود.
یک انکودر چرخش اجسام را به‌عنوان یک مقدار تغییر فیزیکی توسط عنصر حسگر تشخیص می‌دهد و در نهایت اطلاعات چرخش/زاویه را به‌عنوان سیگنال الکتریکی به خارج منتقل می‌کند. انکودرها به چهار نوع تقسیم می‌شوند: مکانیکی، نوری، مغناطیسی و القاء الکترومغناطیسی. برای چرخاندن موتور با دقت بالا، چهار نوع اطلاعات ضروری وجود دارد: مقدار چرخش، سرعت چرخش، جهت چرخش و موقعیت چرخشی.
در این قسمت، توضیح داده شد که چهار نوع انکودر با اصول عملکرد مختلف بسته به کمیت فیزیکی‌ای که باید تشخیص داده شود وجود دارد. همچنین توضیح دادیم که برای چرخاندن موتور با دقت بالا، چهار نوع اطلاعات چرخش ضروری است. امیدوارم که با نوع انکودرها و سازوکار آن‌ها آشنا شده باشید.
