انکودر چیست؟

انکودر (Encoder) مداری است که سیگنال‌های باینری‌های چندگانه ورودی را به یک عدد کوچکتر فشرده می‌کند.
در هر لحظه تنها یکی از ورودی‌ها می‌تواند مقدار «۱» داشته باشد و بقیه ورودی‌ها باید در حالت «۰» باشند.
در واقع انکودر با استفاده از انکودرها می‌توان کمیت‌های فیزیکی را به پالس‌های الکتریکی تبدیل و از این پالس‌ها برای تعیین موقعیت و کنترل الکتروموتورها و ماشین افزارها از آن استفاده کرد.
انکودر نوعی سنسور حرکت است که اگر حرکتی که انکودر تشخیص می هد از نوع دورانی باشد، به آن Rotary Encoder انکودر زاویه یا دوار می گوییم و اگر نوع حرکت از نوع خطی باشد به آن انکودر خطی Linear Encoder گفته می شود.

برخی از انواع انکودرها از لحاظ ساختمان

انکودرهای خطی: این انکودرها از یک حلقه مغناطیسی یا نوری استفاده می‌کنند که توسط یک سنسور خوانده می‌شود.
انکودرهای چرخشی: این انکودرها از یک دیسک چرخشی استفاده می‌کنند که توسط یک سنسور خوانده می‌شود.
انکودرهای نوری: این انکودرها از یک منبع نور و یک سنسور نوری استفاده می‌کنند.
انکودرهای مغناطیسی: این انکودرها از یک میدان مغناطیسی و یک سنسور مغناطیسی استفاده می‌کنند.
انکودرها مدارهای مهمی هستند که در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی و مکانیکی استفاده می‌شوند.

برخی از انواع انکودرها از لحاظ سیگنال خروجی 

• افزایشی 
• مطلق

انکودر افزایشی چیست؟

انکودرهای افزایشی سیگنال‌هایی تولید می‌کنند که نشان‌دهنده مقدار حرکت شی از یک موقعیت است. این سیگنال‌ها می‌توانند برای محاسبه موقعیت فعلی شی استفاده شوند، اما فقط می‌توانند تغییرات موقعیت را اندازه‌گیری کنند.
یک انکودر افزایشی معمولی از یک دیسک چرخشی با شکاف‌هایی در اطراف آن استفاده می‌کند. یک سنسور نوری یا مغناطیسی روی شفت قرار می‌گیرد و هر بار که یک شکاف از مقابل آن عبور می‌کند، یک سیگنال تولید می‌کند. تعداد سیگنال‌های تولید شده نشان‌دهنده مقدار حرکت شی است.
انکودرهای افزایشی نسبتاً ارزان و ساده هستند. آنها برای کاربردهایی که به اندازه‌گیری دقیق موقعیت نیاز دارند، مانند ماشین‌های CNC، مناسب هستند.

انکودر مطلق چیست؟

انکودرهای مطلق (Absolute Encoder) سیگنال‌هایی تولید می‌کنند که نشان‌دهنده موقعیت دقیق شی هستند. این سیگنال‌ها به انکودر اجازه می‌دهند تا حتی زمانی که برق قطع شده است، موقعیت خود را حفظ کند.
یک انکودر مطلق معمولی از یک دیسک چرخشی با یک الگوی منحصربه‌فرد استفاده می‌کند. یک سنسور نوری یا مغناطیسی روی شفت قرار می‌گیرد و الگوی را می‌خواند. الگوی خوانده شده به موقعیت دقیق شی تبدیل می‌شود.
انکودرهای مطلق گران‌تر و پیچیده‌تر از انکودرهای افزایشی هستند. آنها برای کاربردهایی که به اندازه‌گیری دقیق موقعیت نیاز دارند، مانند رباتیک و ابزارهای اندازه‌گیری، مناسب هستند.

تفاوت بین انکودر افزایشی و مطلق

تفاوت اصلی بین انکودرهای افزایشی و مطلق این است که انکودرهای مطلق موقعیت دقیق شی را در هر زمان اندازه‌گیری می‌کنند، در حالی که انکودرهای افزایشی فقط تغییرات موقعیت را اندازه‌گیری می‌کنند.

جدول زیر خلاصه‌ای از تفاوت‌های بین انکودرهای افزایشی و مطلق را ارائه می‌دهد:

ویژگی          انکودر افزایشی               انکودر مطلق
اندازه‌گیری     تغییرات موقعیت              موقعیت دقیق
دقت             کمتر                             بیشتر
هزینه            کمتر                           بیشتر
پیچیدگی       کمتر                          بیشتر
کاربردها       ماشین‌های CNC، روباتیک         رباتیک، ابزارهای اندازه‌گیری
انتخاب نوع انکودر مناسب به نیازهای خاص برنامه بستگی دارد. اگر به اندازه‌گیری دقیق موقعیت در هر زمان نیاز دارید، باید از یک انکودر مطلق استفاده کنید. اگر به اندازه‌گیری تغییرات موقعیت نیاز دارید و دقت کمتری مورد نیاز است، می‌توانید از یک انکودر افزایشی استفاده کنید.

ساختمان انکودرها

انکودرها دارای قسمت‌های مشخص شده در تصویر زیر می‌باشند.

انکودرها در دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

انکودرهای باینری: این انکودرها از ۲ⁿ ورودی و n خروجی دارند. به عنوان مثال، یک انکودر 3 ورودی (2³ = 8 خروجی) خواهد داشت.
انکودرهای باینری با اولویت: این انکودرها نیز از ۲ⁿ ورودی و n خروجی دارند، اما در صورتی که چند ورودی به صورت هم‌زمان در حالت «۱» قرار داشته باشند، آن ورودی که اولویت بالاتری نسبت به بقیه دارد، در مدار اثر می‌گذارد.

کاربردهای انکودر

رمزگذاری اطلاعات: انکودرها برای رمزگذاری اطلاعات در شبکه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.
کنترل دستگاه‌ها: انکودرها برای کنترل دستگاه‌های مکانیکی، مانند موتورها و درایوهای نوار، استفاده می‌شوند.
اندازه‌گیری: انکودرها برای اندازه‌گیری مقادیر فیزیکی، مانند موقعیت، سرعت و شتاب، استفاده می‌شوند.

انکودرها در صنعت نفت و گاز  جهت پمپاژ و انتقال نفت خام از زمین به نفتکش (یا پالایشگاه)، برای تشخیص سرعت و جریان دقیقِ نفت استفاده می‌شود.
در سکوهای نفتی یا سکو‌های حفاری، انکودرها برای تشخیص سرعت و موقعیت مته‌های حفاری استفاده می‌شوند. این اطلاعات برای مهندس‌های حفاری بسیار مهم است. زیرا توسط این اطلاعات،‌ می‌توانند بهترین روش‌ را برای حرکت دادن دستگاه حفاری تعیین کنند و مطمئن شوند که دستگاه به‌درستی کنترل می‌شود.

انکودرها در نیروگاه برق جهت تشخیص و کنترل سرعت چرخش پره‌ها در توربین‌های بادی استفاده می‌شود.

انکودرها در دستگاههای اندازه‌گیری و برش جهت برش منظمِ مواد با طول ثابت و مشخص طراحی شده است.
اکودرها در صنایع پزشکی جهت اندازه گیری موقعیت و زاویه دستگاه نسبت به بیمار در دستگاه سی‌تی‌اسکن کاربرد دارد.

انکودرها در صنایع عمرانی برای مواردی همچون جرثقیل‌ها استفاده می شود در این مورد انکدر روی الکتروموتورهای جرثقیل نصب می‌شود و از حرکت‌های خطی و چرخشی الکتروموتورها در جهت‌های مختلف به کنترلر فرمان می‌دهد. بنابراین این تجهیز در جرثقیل‌ها و بالابرها برای تعیین موقعیت دقیق استفاده می‌شود.

برندهای معروف انکودر

از جمله برندهای معروف تولید انکودر که در ایران بیشتر فروش دارند می‌توان به برندهای زیر اشاره کرد:

انکودر TR : محصول کشور آلمان
انکودر استگمن( STEGMANN): محصول کشور آلمان
انکودر باومر یا هابنر (HUBNER | BAUMER ): محصول کشور آلمان
آتونیکس (Autonics): محصول کشور کره جنوبی- انکودرهای اتونیکس برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب هستند.

دلتا (Delta): یک شرکت تایوانی است که طیف گسترده‌ای از محصولات اتوماسیون صنعتی از جمله انکودرها را تولید می‌کند. انکودرهای دلتا برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب هستند.

امرن (Omron): محصول کشور ژاپن –  انکودرهای امرن برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب هستند.

اپکن (Opkon): محصول کشور ترکیه
هانیانگ (HANYOUNG): محصول کشور کره جنوبی
هایدن هاین (HEIDENHAIN):‌ محصول کشور آلمان
الترا (ELTRA): محصول کشور ایتالیا
کوپلر (Coupler)
اشنایدر (Schneider Electric)
لیکا (Lika)
سیک (Sick)
و …

هر کدام از حروف و اعداد روی انکودرها به چه معناست؟

حروف و اعداد روی انکودرها اطلاعات مهمی در مورد مشخصات و عملکرد آن ارائه می‌دهند. این اطلاعات می‌تواند به شما کمک کند تا انکودر مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنید.

حروف روی انکودرها معمولاً به نوع انکودر و روش اندازه‌گیری آن اشاره دارند. برخی از حروف رایج عبارتند از:

A – انکودر افزایشی
B – انکودر مطلق
C – انکودر نوری
M – انکودر مغناطیسی
H – انکودر هگزا فلیکس
R – انکودر روتاری
S – انکودر خطی
T – انکودر توربو

اعداد روی انکودرها معمولاً به مشخصات آن اشاره دارند. برخی از اعداد رایج عبارتند از:

N – تعداد شکاف‌ها یا نقاط روی دیسک انکودر
P – تعداد پالس‌های تولید شده توسط انکودر در هر چرخش
R – رزولوشن انکودر
V – سرعت چرخش انکودر
L – طول انکودر خطی
D – قطر انکودر روتاری

به عنوان مثال، انکودر A25-1000-2000-R1000 دارای ویژگی‌های زیر است:

نوع: انکودر افزایشی
تعداد شکاف‌ها: 25
تعداد پالس‌ها: 1000 در هر چرخش
رزولوشن: 4000
سرعت چرخش: 1000 دور در دقیقه

جدول زیر خلاصه‌ای از معانی حروف و اعداد روی انکودرها را ارائه می‌دهد:

A انکودر افزایشی
B انکودر مطلق
C انکودر نوری
M انکودر مغناطیسی
H انکودر هگزا فلیکس
R انکودر روتاری
S انکودر خطی
T انکودر توربو
N تعداد شکاف‌ها یا نقاط روی دیسک انکودر
P تعداد پالس‌های تولید شده توسط انکودر در هر چرخش
R رزولوشن انکودر
V سرعت چرخش انکودر
L طول انکودر خطی
D قطر انکودر روتاری

دلایل خرابی انکودر

انکودرها دستگاه‌های دقیقی هستند که می‌توانند در اثر عوامل مختلفی خراب شوند. برخی از دلایل رایج خرابی انکودرها عبارتند از:

• ضربه یا آسیب فیزیکی
• خوردگی یا سایش
• مشکلات الکتریکی
• نصب یا پیکربندی نامناسب

ضربه یا آسیب فیزیکی
انکودرها دستگاه‌های حساسی هستند که می‌توانند در اثر ضربه یا آسیب فیزیکی آسیب ببینند. ضربه می‌تواند به اجزای داخلی انکودر مانند سنسورها، چرخ‌دنده‌ها یا کابل‌ها آسیب برساند. آسیب فیزیکی می‌تواند در اثر برخورد با اجسام خارجی، سقوط یا لرزش ایجاد شود.

خوردگی یا سایش
انکودرها معمولاً در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شوند که ممکن است حاوی مواد خورنده یا ساینده باشند. این مواد می‌توانند به اجزای داخلی انکودر آسیب برسانند و باعث خرابی آن شوند.

مشکلات الکتریکی
انکودرها دستگاه‌های الکترونیکی هستند که می‌توانند در اثر مشکلات الکتریکی مانند نوسانات ولتاژ یا اتصال کوتاه خراب شوند. مشکلات الکتریکی می‌توانند باعث آسیب به اجزای داخلی انکودر مانند مدارها یا ترانزیستورها شوند.

نصب یا پیکربندی نامناسب
نصب یا پیکربندی نامناسب می‌تواند باعث خرابی انکودر شود. به عنوان مثال، اگر انکودر به درستی نصب نشود، ممکن است در معرض ضربه یا آسیب فیزیکی قرار گیرد. همچنین، اگر انکودر به درستی پیکربندی نشود، ممکن است سیگنال‌های نادرستی تولید کند که می‌تواند منجر به عملکرد نامناسب شود.

برای جلوگیری از خرابی انکودرها، مهم است که آن‌ها را به درستی نصب و پیکربندی کنید و آن‌ها را در محیطی ایمن نگهداری کنید. همچنین، باید به طور منظم انکودرها را برای علائم خرابی بررسی کنید.

علائم خرابی انکودرها

علائم خرابی انکودرها عبارتند از:

سیگنال‌های نادرست یا غیرقابل اعتماد
سرعت یا دقت نامناسب
ارتعاش یا سر و صدای غیرعادی
گرمای غیرعادی
مشکلات در عملکرد دستگاه

اگر متوجه هر یک از این علائم شدید، باید انکودر را بررسی کنید تا از خرابی آن اطمینان حاصل کنید.

از جمله مرسوم ترین دلایل خرابی انکودر، خم شدن شفت است که دیگر به‌درستی کار نمی‌کند.
به این مشکل، فرسودگی شفت نیز می‌گویند.
شفت تاب خورده به یاتاقان‌های داخلی فشار می‌آورد و ممکن است منجر به خرابی یاتاقان و در نهایت گرم شدن بیش از حد انکودر شود.