Bộ mã hóa vòng quay (Encoder)

Thông tin chi tiết

Bộ mã hóa vòng quay là gì? Cấu tạo - Nguyên lý hoạt động - Ứng dụng

Bạn mới tìm hiểu về lĩnh vực gia công cơ khí? Bạn chưa biết Encoder là gì? Nó có cấu tạo và hoạt động ra sao? Ngành nghề nào thì cần phải sử dụng đến loại thiết bị này? Vậy thì bạn tìm đến đúng nơi rồi đấy. Trong bài viết này Amazen sẽ cung cấp đến bạn thông tin tổng quan nhất về Encoder hay còn được gọi với một cái tên khác là bộ mã hóa vòng quay. Hãy cùng tôi tìm hiểu nhé!

1. Bộ mã hóa vòng quay là gì?

Bộ mã hóa vòng quay còn được gọi là Encoder (Rotary Encoder) là thuật ngữ dùng để chỉ một thiết bị điện có thể làm thay đổi chuyển động thẳng hoặc chuyển động tròn thành tín hiệu số hoặc xung. Nhờ có Encoder, động cơ điện sẽ được điều khiển vị trí một cách chính xác theo các tín hiệu điều khiển.
Bộ mã hóa vòng quay

Encoder được ứng dụng chủ yếu để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ... của động cơ bằng cách đếm số vòng mà trục quay được. Hiện nay, Encoder được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển tự động. Bởi hệ thống điện tử trong máy móc thiết bị công nghiệp thường hoạt động với tốc độ cao nên được kết hợp cùng bộ mã quang học. Nhờ đó, tốc độ hệ thống được tăng lên một cách chính xác, chu kỳ thời gian giảm xuống, khả năng vận hành hiệu quả gia tăng.
2. Cấu tạo chung của Bộ mã hóa vòng quay
Bộ mã hóa vòng quay (Encoder) gồm có các bộ phận chính:
- Thân và trục
- Nguồn phát sáng (lightsource): 1 đèn LED
- Đĩa mã hóa (code disk): có rảnh nhỏ quanh trục, khi đĩa này quay và chiếu đèn LED lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra. Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau. Một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn.
- Bộ cảm biến ánh sáng thu tín hiệu (photosensor): là một con mắt thu quang điện để nhận tín hiệu từ đĩa quay.
- Bo mạch điện tử (electronic board): giúp khuếch đại tín hiệu
Cấu tạo của Encoder

3. Nguyên lý hoạt động của Bộ mã hóa vòng quay

Khi Encoder chuyển động bộ chuyển đổi sẽ xử lý các chuyển động và chuyển thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu này sẽ được truyền đến các thiết bị điều khiển PLC và được xử lý để biểu thị các giá trị cần đo đạt bằng chương trình riêng biệt. Đối với các tín hiệu có ánh sáng chiếu qua hay không có ánh sáng chiếu qua. Người ta vẫn có thể ghi nhận được đèn Led có chiếu qua lỗ này hay không. Hơn thế nữa, số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần mà ánh sáng bị cắt.
Nguyên lý hoạt động của encoder

Ví dụ: trên đĩa có 1 lỗ duy nhất, khi mỗi lần con mắt thu nhận được 1 tín hiệu đèn Led  thì có nghĩa là đĩa đã quay được 1 vòng. Bởi vậy, đây chính là nguyên lý hoạt động của Encoder cơ bản, còn đối với nhiều chủng loại Encoder khác thì khi đĩa quay có nhiều lỗ hơn khi đó tín hiệu thu nhận sẽ khác hơn. Các bạn có thể tham khảo video mô phỏng dưới đây để hiểu thêm về nguyên lý hoạt động của encoder nhé.

4. Phân loại Bộ mã hóa vòng quay

Bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối
Encoder tuyệt đối có tên tiếng Anh là Adsolute encoder. Theo như tên gọi thì Encoder này cho ta nhận được tín hiệu về chính xác vị trí của chúng mà người sử dụng không cần thêm bước xử lý nào.

Bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối

Cấu tạo của Encoder tuyệt đối bao gồm:
- Bộ phát ánh sáng (LED)
- Bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra (photosensor)
- Đĩa mã hóa có chứa dải băng mang tín hiệu
Các đặc điểm cơ bản của dòng encoder bao gồm:
- Sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray
- Đĩa mã hóa ở Encoder được chế tạo từ vật liệu trong suốt, người ta đã chia mặt đĩa thành các góc đều nhau cùng các đường tròn đồng tâm.
- Ưu điểm: giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn
- Nhược điểm: giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó

Bộ mã hóa vòng quay tương đối

Encoder tương đối

Encoder tương đối có tên gọi tiếng Anh là Incremental encoder. Loại thiết bị này phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ. Với các đặc điểm như sau:

- Đĩa mã hóa bao gồm một dãy băng tạo xung, thường được chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau
- Chất liệu có thể là trong suốt để giúp ánh sáng chiếu qua
- Là Encoder chỉ có 1,2 hoặc tối đa 3 vòng lỗ, và thường có thêm một lỗ định vị
- Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả về dễ dàng
- Nhược điểm: dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Sẽ tích lũy sai số khi hoạt động lâu dài
Phân loại Encoder theo công nghệ
Bên cạnh các loại encoder tuyệt đối và tương đối thì ta còn một số cách phân loại khác và có các loại như:
- Encoder Magnetic (loại từ trường)
- Encoder Mechanical (loại cơ khí)
- Encoder Resistive (loại điện trở)
- Encoder Optical (loại quang)

5. Thông số cần quan tâm khi chọn Bộ mã hóa vòng quay

Để lựa chọn được Encoder đúng với nhu cầu mà bạn đang cần thì Amazen sẽ mách bạn các thông số sau mà bạn cần chú ý:
- Đường kính trục, dạng trục: Encoder có dạng trục dương hoặc âm, đường kính trục từ 5~50mm. Thường đường kính lớn hơn 6mm sẽ là loại trục âm (trục lõm).
- Độ phân giải: hay còn gọi là số xung - tương ứng số tín hiệu encoder đếm được khi quay 1 vòng. Encoder có số xung càng cao thì giá càng cao. Thang máy thường dùng xung 1024p/r, chế tạo máy vào khoảng 360p/r, 1000p/r. Ngoài ra còn có các xung lên đến 6000p/r hoặc 6pr.
- Điện áp: Encoder thường xuyên bị cháy do khi lắp đặt không chú ý nguồn cấp. Nếu encoder có dãy điện áp:5~24V thì rất dễ. Tuy nhiên với một số encoder trục lớn: 30-40mm, encoder theo máy sẽ thường gặp điện áp xác định: 5V, 12V hoặc 15V. Do đó phải đọc kỹ lại trước khi lắp. Vì encoder cháy rồi thì bắt buộc thay thế cả con, rất tốn tiền.
- Ngõ ra: AB, ABZ, AB đảo, ABZ đảo. Bạn dễ dàng xác định tín hiệu ngõ ra bằng cách xem số dây được kí hiệu trên tem.
Bạn thấy rất rõ ràng encoder bên trên có xung ra là ABZ đảo
- 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 càng dễ bị nhiễu. Dây tiêu chuẩn từ 1-3m. Đôi khi lên đến 10m theo nhu cầu sử dụng.
- Phụ kiện: đi kèm encoder trục dương là Coubling, encoder trục âm là Pass. Coubling 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.

6. Phân biệt giữa bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối và tương đối

Absolute encoder (Tuyệt đối): Tương ứng đĩa quay 8 bit hay 8 dãy rãnh, cho ngõ ra dạng mã kỹ thuật số (BCD), Binary (nhị phân), Gray code.
Incremental encoder (Tương đối): Tương ứng đĩa 2 bit, cho ngõ ra dạng xung vuông pha AB, hoặc ABZ hoặc ABZ đảo. Loại Encoder có 2 tín hiệu xung A và B là phổ biến nhất. Tín hiệu khe Z là tín hiệu để xác định động cơ quay được một vòng.
Phân biệt Encoder tương đối và tuyệt đối
So sánh Encoder tương đối và tuyệt đối
 

Encoder tuyệt đối

Encoder tương đối

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

 

→ Có thể đo đếm tốc độ dựa theo sự tăng giảm số xung trên đơn vị thời gian còn lại, Encoder tuyệt đối cùng có chức năng tương tự nhưng có sự bổ sung thêm xác định tọa độ của từng điểm trên vòng quay

  • Encoder tương đối tương ứng với đĩa 2bit, cho ngõ ra dạng xung vuông pha AB hoặc ABZ, ABZA|B|Z (Có thể đọc là A đảo, B đảo, Z đảo)
  • Loại Encoder cho ra 2 tính hiệu xung A và B phổ biến
  • Tín hiệu khe Z là tín hiệu để xác định động cơ quay được một vòng

→ Có thể ghi nhớ bị trí khi bị mất nguồn do mỗi vị trí có mã tín hiệu riêng

7. Ứng dụng của Bộ mã hóa vòng quay (Encoder)

Bộ mã hoá encoder được coi là một nguồn không thể thiết trong nhiều ứng dụng. Dù có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau như tốc độ, hướng hoặc khoảng cách, khả năng encoder sẽ giúp cho người sử dụng thông tin này để xác định chính xác.
Ứng dụng về biểu thị tốc độ
Để một máy bơm có thể bơm chất lỏng vào bồn chứa thì cần phải lắp đặt với biến tần. Khi đó chất lỏng được bơm vào bồn phải có tốc độ xác định. Việc encoder kết nối với biến tần có chức năng giúp phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy của chất lỏng.
Ứng dụng trong các ngành công nghiệp
Ô tô
Trong ngành công nghiệp ô tô, encoder được ứng dụng trong việc sản xuất cảm biến chuyển động cơ học. Có khả năng kiểm soát tốc độ.
Điện tử tiêu dùng và thiết bị văn phòng
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.
Đếm số lượng: Khi lắp encoder vào chương trình của các băng chuyền sản phẩm, nó sẽ giúp ta xác nhận mỗi chai sản phẩm vào và ra trạm trên băng chuyền. Nếu các chai không ra khỏi trạm trong khoảng thời gian đã được lập trình sẵn có nghĩa là máy móc đã bị hư hỏng.

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 ăng ten định vị
Dụng cụ khoa học
Định vị kính viễn vọng quan sát.

8. Nên mua Bộ mã hóa vòng quay thương hiệu nào?

Bộ mã hóa vòng quay (Encoder) Autonics

Bộ mã hóa vòng quay Autonics được cấu thành từ vật liệu bền bỉ, độ an toàn cao, kiểu dáng nhỏ gọn, trong lượng nhẹ giúp tháo và lắp dễ dàng trong không gian nhỏ hẹp. Đặc biệt encoder Autonics có thể hoạt động tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và tuổi thọ sử dụng lâu dài.
Encoder Autonics
Tham khảo "Bộ mã hóa vòng quay Autonics" tại: https://amazen.com.vn/bo-ma-hoa-vong-quay/autonics.html
Cảm biến encoder của Autonics có dạng trục, lỗ, trục rỗng, đa dạng ngõ ra điều khiển, độ tin cậy và độ chính xác cao. Do đó, bộ mã hóa của hãng này luôn đáp ứng được yêu cầu sử dụng khắt nghe trong môi trường công nghiệp.
 
Bộ mã hóa vòng quay (Encoder) Omron

Encoder Omron được thiết kế theo công nghệ của Nhật bản, gồm rất nhiều linh kiện bán dẫn tốt chất lượng để đo số vòng quay tương đương độ phân giải của nó ví dụ như 1 vòng quay được 360 xung để từ đó người lập trình có thể tính toán và lập trình điều khiển chính xác tốc độ của động cơ. Đặc biệt bộ mã hóa Omron cho ra 3 pha A, B, Z nên người dùng có thể dùng để xem chiều quay thuận hay nghịch.
Encoder Omron
Bộ mã hóa trục Omron ngày nay đã đặt làm tại Trung Quốc với mục đích để giảm giá thành cạnh tranh với các hãng khác. Mặc dù giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội của thiết bị cảm biến encoder của thương hiệu Omron này vẫn được đánh giá cao.

Bộ mã hóa vòng quay (encoder) Hanyoung

Hiện nay, Encoder Hanyoung là sản phẩm đang được đánh giá tốt cả về chất lượng và giá cả. Thiết bị cảm biến của thương hiệu này được thiết kế, lắp ráp cẩn thận, chắc chắn với khớp nối có sẵn để truyền chuyển động. Độ tin cậy cùng độ chính xác cao, hoạt động ổn định và tuổi thọ lâu dài là những ưu điểm nổi bật nhất của bộ mã hóa vòng quay do Hanyoung sản xuất.
Encoder Hanyoung
Mua Bộ mã hóa vòng quay giá rẻ - chính hãng tại: "Thiết bị tự động hóa Amazen"

Lời kết

  • Encoder gồm 2 loại được sử dụng thông dụng nhất là encoder tương đối và tuyệt đối. Thông qua nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của từng loại cùng các thông số lưu ý khi chọn thiết bị, tôi tin rằng các bạn đã nắm bắt được những thông tin thiết yếu nhất về bộ mã hóa vòng quay. 

  • Trong trường hợp các bạn có nhu cầu mua encoder hay có thắc mắc cần tư vấn thêm đừng ngần ngại liên hệ với Amazen thông qua:
    - Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
    - Email: amazen@amazen.com.vn

    Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng sẽ mang lại cho bạn trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
    Amazen cam kết mọi sản phẩm Encoder mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận đi kèm.