Encoder này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa công nghiệp đến thiết bị y tế. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết về Encoder từ định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại đến ứng dụng. Hãy cùng Thanh Thiên Phú tìm hiểu nhé!
1. Encoder là gì?
Encoder hay Rotary Encoder tạm dịch là bộ mã hóa vòng quay là một thiết bị cảm biến cơ học được thiết kế để tạo ra tín hiệu analog hoặc tín hiệu kỹ thuật số tương ứng với chuyển động của nó. Thiết bị này có khả năng chuyển đổi các dạng chuyển động khác nhau, từ chuyển động tịnh tiến cho đến chuyển động quay của trục, thành các tín hiệu đầu ra kỹ thuật số hoặc các xung điện.
Encoder thường được sử dụng để xác định vị trí, hướng di chuyển và tốc độ của động cơ, thông qua việc đếm số vòng quay mà trục động cơ thực hiện. Khi trục quay thực hiện một vòng, bộ mã hóa sẽ ghi nhận và chuyển đổi thông tin này thành các tín hiệu để người dùng có thể theo dõi và điều khiển chính xác hơn. Việc này rất quan trọng trong các ứng dụng tự động hóa và điều khiển máy móc.
Do vậy, encoder là một thành phần rất cần thiết trong nhiều hệ thống, từ robot ngành công nghiệp cho đến thiết bị điện tử tiêu dùng, nhằm đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động một cách chính xác và hiệu quả.
2. Cấu tạo của Encoder
Encoder dù là loại quay hay tuyến tính thì chúng đều được cấu tạo từ các thành phần chính sau:
– Đĩa mã hóa (Code Disk): Đây là thành phần cốt lõi của Encoder. Trên đĩa có những rãnh nhỏ được thiết kế xung quanh trục trung tâm. Khi đĩa quay và thu ánh sáng từ đèn LED lên bề mặt của nó, hiện tượng ngắt quãng sẽ xảy ra. Những rãnh này giúp chia vòng tròn 360 độ thành những phần góc đều nhau, tạo ra sự đồng nhất trong việc phân bố ánh sáng. Một chiếc đĩa có thể sở hữu nhiều hàng rãnh khác nhau, bắt đầu từ khu vực trung tâm của đĩa và kéo dài ra các phần ngoài.
– Nguồn phát sáng (Light Source): Encoder sử dụng đèn LED để chiếu sáng đĩa mã hóa. Ánh sáng này sẽ xuyên qua các khe trên đĩa và được bộ cảm biến thu nhận.
– Bộ cảm biến thu (Photosensor): Bộ cảm biến quang nằm đối diện với nguồn sáng và đĩa mã hóa. Nó có nhiệm vụ thu nhận ánh sáng xuyên qua các khe trên đĩa mã hóa và chuyển đổi thành tín hiệu điện.
– Mạch điện tử (Electronic Board): Mạch điện tử xử lý tín hiệu từ bộ cảm biến, khuếch đại và chuyển đổi thành dạng tín hiệu số hoặc xung để truyền đến bộ điều khiển. Mạch điện tử cũng có thể bao gồm các bộ phận khác như bộ đếm, bộ giải mã, và bộ giao tiếp.
– Thân và trục: Thân Encoder bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi bụi bẩn và va đập. Trục kết nối với bộ phận chuyển động cần đo, cho phép đĩa mã hóa quay cùng với chuyển động đó. Trục có thể là trục đặc hoặc trục rỗng, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.
3. Nguyên lý hoạt động của Encoder
Encoder hoạt động dựa trên nguyên lý đĩa xoay quanh một trục. Trên đĩa mã hóa của encoder có nhiều rãnh nhỏ và khi nguồn sáng chiếu vào, tín hiệu quang sẽ đi qua những rãnh này. Những vị trí có rãnh cho phép ánh sáng đi qua, còn những khu vực không có rãnh sẽ ngăn ánh sáng đi qua.
Với những tín hiệu có ánh sáng chiếu qua hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta có thể xác định được liệu đèn LED có chiếu qua lỗ hay không. Số lượng xung mà cảm biến nhận được sẽ tăng lên theo số lần ánh sáng bị chắn bởi rãnh trên đĩa.
Cảm biến sẽ liên tục bật và tắt để tạo ra các xung vuông, giúp ghi lại số lượng và tốc độ các xung. Tín hiệu xung này sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm, như vi xử lý hoặc PLC, từ đó kỹ sư cơ khí có thể tính toán vị trí và tốc độ của động cơ.
Chẳng hạn, nếu trên đĩa chỉ có một lỗ, mỗi khi cảm biến phát hiện tín hiệu từ đèn LED, điều đó có nghĩa là đĩa đã quay một vòng. Đây là cách thức hoạt động cơ bản của encoder. Còn đối với những loại encoder khác, số lượng lỗ trên đĩa nhiều hơn sẽ dẫn đến tín hiệu thu nhận cũng sẽ khác biệt.
Để minh họa rõ hơn về cách encoder hoạt động như thế nào, mời bạn xem video dưới đây:
4. Phân loại Encoder
Encoder được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dựa trên tín hiệu đầu ra, kiểu giao tiếp hoặc công nghệ sử dụng. Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:
4.1. Phân loại theo tín hiệu đầu ra
4.1.1. Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder)
Encoder tuyệt đối còn được gọi là bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối (tiếng Anh: Absolute Encoder), là một thiết bị chuyên dụng được dùng để đo lường và ghi lại các thông số như vị trí, tốc độ và hướng quay của các cơ cấu chuyển động theo dạng vòng tròn.
Encoder tuyệt đối hoạt động dựa vào việc sử dụng cảm biến quang học hoặc từ tính nhằm thu thập thông tin chính xác về vị trí cũng như sự chuyển động của trục quay. Các bộ mã hóa này có khả năng tạo ra các xung hoặc tín hiệu điện tương ứng với từng vòng quay và hướng mà cơ cấu chuyển động đang thực hiện.
>>> Bạn có thể tham khảo thêm sản phẩm: 1XP8001-1/1024 – Bộ mã hóa vòng quay Encoder Siemens
4.1.2. Encoder tương đối (Incremental Encoder)
Encoder tương đối chỉ phát ra các xung khi trục quay. Bộ đếm bên ngoài sẽ đếm các xung này để xác định vị trí tương đối so với điểm khởi đầu. Hiện nay, Encoder tương đối đơn giản và rẻ hơn Encoder tuyệt đối, nhưng Encoder tương đối không thể ghi nhớ vị trí khi mất điện.
4.2. Phân loại theo kiểu giao tiếp
4.2.1. Encoder quay
Encoder quay dùng để đo chuyển động quay, thường được sử dụng để đo góc quay, tốc độ và hướng quay của trục động cơ. Encoder này có cấu tạo đơn giản, dễ dàng tích hợp, chi phí thấp, phù hợp với nhiều ứng dụng đo góc và tốc độ quay.
Song với ưu điểm đó, độ chính xác của encoder có thể bị ảnh hưởng bởi độ lệch tâm của trục quay, không phù hợp với đo chuyển động tuyến tính.
4.2.2. Encoder tuyến tính (Linear Encoder)
Encoder tuyến tính (Linear Encoder) dùng để đo chuyển động tịnh tiến theo một đường thẳng. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng như máy CNC, robot, và các hệ thống đo lường chính xác.
Encoder tuyến tính có thể đo trực tiếp chuyển động tuyến tính với độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, nhưng cấu tạo phức tạp hơn Encoder quay, chi phí cao hơn, kích thước thường lớn hơn, khó tích hợp trong không gian hẹp.
4.2.3. Encoder từ trường
Từ trường tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu sẽ tác động vào các vật thể từ tính, hoặc những thiết bị có khả năng phản ứng với từ trường, làm cho chúng chuyển động xung quanh. Sự tương tác này là lý do khiến nam châm có thể quay theo một trục nhất định, tận dụng lực từ trường để tạo ra chuyển động.
4.3. Phân loại theo công nghệ
Ngoài ra, ta có thể phân loại các encoder theo công nghệ của chúng như sau:
– Encoder quang (Optical Encoder): Sử dụng đĩa mã hóa có các khe và nguồn sáng (thường là LED) cùng bộ cảm biến quang để phát hiện chuyển động. Đây là loại Encoder phổ biến nhất nhờ độ chính xác và độ tin cậy cao.
– Encoder từ (Magnetic Encoder): Sử dụng cảm biến từ để phát hiện sự thay đổi từ trường khi đĩa mã hóa quay. Encoder từ có khả năng chống chịu tốt với bụi bẩn và rung động.
– Encoder cơ (Mechanical Encoder): Sử dụng các tiếp điểm cơ khí để phát hiện chuyển động. Loại này ít phổ biến hơn do độ bền kém và độ chính xác thấp.
– Encoder điện trở (Resistive Encoder): Sử dụng sự thay đổi điện trở để đo chuyển động. Encoder điện trở thường được sử dụng trong các ứng dụng cần đo góc quay nhỏ.
5. Ứng dụng của Encoder
Encoder đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều ứng dụng, từ các hệ thống công nghiệp phức tạp cho đến các thiết bị hàng ngày.
5.1. Trong công nghiệp
– Encoder cung cấp thông tin phản hồi về tốc độ và vị trí của động cơ cho biến tần và bộ điều khiển, đảm bảo động cơ hoạt động chính xác và hiệu quả.
– Trong máy CNC, Encoder đo lường chính xác vị trí của bàn máy và dao cắt, cho phép gia công các chi tiết với độ chính xác cao.
– Robot công nghiệp: Encoder được sử dụng để xác định vị trí và góc quay của các khớp robot, giúp robot di chuyển chính xác và thực hiện các thao tác phức tạp.
– Hệ thống băng tải: Encoder đo lường tốc độ và quãng đường di chuyển của băng tải, giúp kiểm soát quá trình vận chuyển hàng hóa.
– Máy in, máy cắt, máy dán nhãn: Encoder đảm bảo chuyển động chính xác của các bộ phận trong máy in, máy cắt, và máy dán nhãn, giúp tạo ra sản phẩm chất lượng cao.
– Thang máy: Encoder theo dõi vị trí của cabin thang máy, đảm bảo an toàn và vận hành mượt mà.
– Cần cẩu, máy xúc: Encoder đo góc nâng và tầm với của cần cẩu và máy xúc, giúp vận hành an toàn và hiệu quả.
5.2. Trong các lĩnh vực khác
– Ô tô: Encoder được sử dụng trong hệ thống ABS, hệ thống kiểm soát hành trình và hệ thống lái trợ lực điện tử.
– Thiết bị y tế: Encoder được sử dụng trong các máy quét y tế, thiết bị phẫu thuật, và các thiết bị chẩn đoán hình ảnh.
– Thiết bị văn phòng: Encoder có mặt trong máy in, máy photocopy, máy scan.
6. Các thông số quan trọng khi mua Encoder (bộ mã hóa vòng quay)
Việc lựa chọn Encoder phù hợp với ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Dưới đây là một số thông số quan trọng cần xem xét:
– Độ phân giải (Resolution): Độ phân giải thể hiện khả năng phân biệt vị trí của Encoder. Đối với Encoder quay, độ phân giải được đo bằng số xung trên mỗi vòng quay (PPR). Đối với Encoder tuyến tính, độ phân giải được đo bằng số xung trên mỗi đơn vị chiều dài (ví dụ: xung/mm). Độ phân giải càng cao, khả năng đo lường vị trí càng chính xác.
– Tốc độ tối đa (Maximum Speed): Tốc độ quay tối đa mà Encoder có thể hoạt động mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Vượt quá tốc độ này có thể dẫn đến mất tín hiệu hoặc đo lường không chính xác.
– Điện áp hoạt động (Operating Voltage): Điện áp cung cấp cho Encoder hoạt động. Cần chọn Encoder có điện áp hoạt động phù hợp với hệ thống điều khiển.
– Loại ngõ ra (Output Type): Encoder có thể có nhiều loại ngõ ra khác nhau, ví dụ như ngõ ra điện áp, ngõ ra dòng điện, hoặc ngõ ra xung. Cần chọn loại ngõ ra phù hợp với bộ điều khiển.
– Số kênh đầu ra (Number of Output Channels): Encoder có thể có một hoặc nhiều kênh đầu ra. Encoder tương đối thường có hai kênh đầu ra (A và B) để xác định chiều quay. Encoder tuyệt đối có thể có nhiều kênh đầu ra hơn để truyền mã vị trí.
– Kiểu kết nối (Connection Type): Kiểu kết nối của Encoder với hệ thống điều khiển, ví dụ như kết nối dây cáp hoặc kết nối không dây.
– Đường kính trục (Shaft Diameter – Đối với Encoder quay): Kích thước của trục Encoder. Cần chọn Encoder có đường kính trục phù hợp với trục của động cơ hoặc bộ phận cần đo.
– Dạng trục (Shaft Type – Đối với Encoder quay): Trục có thể là trục đặc, trục rỗng, hoặc trục có rãnh then.
– Cấp bảo vệ (IP Rating): Thể hiện khả năng chống bụi và nước của Encoder.
– Nhiệt độ hoạt động (Operating Temperature): Dải nhiệt độ mà Encoder có thể hoạt động ổn định.
– Thương hiệu: Lựa chọn Encoder từ các thương hiệu uy tín như Siemens, Omron, Autonics,… đảm bảo chất lượng và độ tin cậy.
7. Địa chỉ cung cấp Encoder uy tín, chất lượng
Thanh Thiên Phú tự hào là đại lý chính thức của Siemens tại Việt Nam, chuyên cung cấp các thiết bị điện công nghiệp chính hãng, chất lượng cao, bao gồm cả Encoder. Chúng tôi cung cấp đa dạng các loại Encoder Siemens đáp ứng mọi nhu cầu ứng dụng của khách hàng. Bên cạnh đó,
Thanh Thiên Phú còn cung cấp các sản phẩm khác của Siemens như bộ lập trình PLC Siemens, biến tần Siemens, HMI Siemens, bộ nguồn Siemens và thiết bị đóng cắt Siemens với giá cả cạnh tranh và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp.
- Hotline: 0812.77.88.99
- Website: https://thanhthienphu.vn/
- Email: info@thanhthienphu.vn
Encoder là thiết bị cảm biến không thể thiếu trong tự động hóa và điều khiển, chuyển đổi chuyển động thành tín hiệu điện tử, cung cấp dữ liệu vị trí, tốc độ và hướng. Từ điều khiển động cơ đến robot công nghiệp, ứng dụng của Encoder vô cùng đa dạng. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động, phân loại và thông số kỹ thuật sẽ giúp bạn lựa chọn Encoder phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Cảm ơn bạn đã theo dõi!
