Encoder: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng

Mới đây, công nghệ encoder đã trở thành một phần quan trọng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp hiện đại. Từ ngành công nghiệp truyền thông đến tự động hóa, encoder đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các tín hiệu vật lý thành dữ liệu số, giúp máy móc hiểu và tương tác với môi trường xung quanh. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng của encoder.

Khái quát về Encoder

Encoder đóng vai trò quan trọng không thể thay thế trong hệ thống cấu trúc của các máy CNC, tương tự như công tơ mét đối với các phương tiện di chuyển. Nhiệm vụ chính của nó là đo và trình bày các thông số liên quan đến tốc độ hoạt động của máy. Nhờ đó, người sử dụng có thể nắm vững các thông số này thông qua hệ thống giám sát được kết nối với máy tính điều khiển.

Cấu tạo của Encoder

Về cơ bản, Encoder là một đĩa tròn được thiết kế với các lỗ (rãnh) có hình dạng xoay quanh trục cố định. Khi đĩa này bắt đầu quay và ánh sáng từ đèn LED chiếu vào mặt của đĩa, sẽ xảy ra hiện tượng ngắt quãng. Các rãnh này sẽ chia đĩa tròn thành các phần bằng nhau. Một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh, được đếm từ tâm của đĩa tròn.

Cấu tạo của một bộ mã hóa bao gồm:

Đĩa Quay

Được gắn vào trục động cơ, đĩa quay có vai trò quan trọng trong việc ghi nhận chuyển động.

Đèn LED

Dùng làm nguồn phát sáng.

Mắt Thu Quang Điện

Được sắp xếp thẳng hàng, phụ trách thu nhận ánh sáng.

Bảng Mạch Điện

Giúp khuếch đại tín hiệu thu được từ mắt thu quang điện.

Nguyên lý hoạt động của Encoder

Khi Encoder thực hiện chuyển động, bộ chuyển đổi sẽ tiến hành xử lý các chuyển động này và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng. Những tín hiệu này sau đó sẽ được truyền tới các thiết bị điều khiển PLC và được xử lý một cách nhanh chóng thông qua các chương trình độc lập.

Đối với các tín hiệu có sự chiếu sáng hoặc không có sự chiếu sáng qua, người ta vẫn có thể dễ dàng xác định xem đèn LED có được chiếu qua lỗ hay không. Thêm vào đó, số lượng xung đếm và tăng lên sẽ được ghi nhận dựa trên số lần ánh sáng bị cắt.

Một ví dụ cụ thể là, nếu trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, mỗi khi cảm biến thu nhận được một tín hiệu từ đèn LED, điều này đồng nghĩa với việc đĩa đã quay một vòng.

Đây chính là nguyên lý cơ bản hoạt động của Encoder. Đối với các loại Encoder khác nhau, khi có nhiều lỗ trên đĩa hơn, tín hiệu thu nhận sẽ có sự khác biệt.

Phân loại các Encoder

Encoder Tuyệt Đối

Encoder tuyệt đối (absolute encoder) cung cấp thông tin vị trí chính xác mà không cần phải xử lý thêm. Chúng sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray và giữ lại giá trị tuyệt đối ngay cả khi mất nguồn.

Encoder Tương Đối

Encoder tương đối (incremental encoder) phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ. Chúng có giá thành thấp và dễ dàng xử lý tín hiệu trả về, tuy nhiên, có thể tích lũy sai số khi hoạt động lâu dài.

Cách xác định chiều quay của Encoder

Thông thường, Encoder được trang bị 2 tín hiệu xung, được gọi là A và B. Chúng giúp xác định hướng quay của động cơ. Tín hiệu khe Z chỉ được tạo ra khi động cơ quay một vòng đầy đủ.

Để xác định hướng quay của động cơ, ta có thể tham khảo hình dưới đây:

Khi đèn LED phát tín hiệu, các cảm biến A và B sẽ thu tín hiệu. Dựa trên các tín hiệu A và B, chúng sẽ tạo ra chuỗi các xung vuông bật tắt theo một trình tự nhất định. Bằng cách so sánh tần số xung giữa A và B, ta có thể xác định hướng quay của động cơ. Ví dụ, nếu A có chu kỳ trước B, ta sẽ gọi đó là hướng quay thuận và ngược lại.

Encoder thường có 6 hoặc 4 dây tùy thuộc vào loại. Các dây này bao gồm: 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B, và 1 dây pha Z. Dựa trên tín hiệu từ 2 dây A và B, ta có thể xác định số vòng quay, tốc độ và hướng quay của động cơ.

Các ứng dụng rộng rãi của Encoder

Trong Công Nghiệp Ô Tô

Encoder được ứng dụng trong việc sản xuất cảm biến chuyển động cơ học, giúp kiểm soát tốc độ và vị trí.

Trong Công Nghiệp Điện Tử Tiêu Dùng

Bộ mã hóa encoder được sử dụng trong các thiết bị dựa trên PC, máy in và máy quét.

Trong Ngành Công Nghiệp Công Nghiệp Khác

Encoder được ứng dụng trong dán nhãn, đóng gói và chế tạo máy điều khiển động cơ đơn và đa trục.

Trong Lĩnh Vực Y Tế

Bộ mã hóa encoder được ứng dụng trong máy quét y tế và điều khiển chuyển động của các thiết bị tự động và bơm phân phối.

Trong Quân Đội

Encoder đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các ăng ten định vị.

Trong Công Cụ Khoa Học

Được sử dụng để định vị kính viễn vọng quan sát.

Kết Luận

Encoder là một thành phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ truyền thông đến tự động hóa. Bằng cách thu thập và xử lý thông tin từ môi trường xung quanh, nó giúp máy móc hiểu và tương tác với thế giới xung quanh một cách chính xác và linh hoạt. Hi vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng của encoder.