Encoder là gì? So sánh encoder tuyệt đối và tương đối

Encoder là thiết bị không thể thiếu và được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau như: tốc độ, hướng, khoảng cách,... giúp cho người dùng có được những thông tin chính xác. Có nhiều loại encoder khác nhau được sử dụng cho các mục đích khác nhau, nhưng có hai loại encoder được sử dụng phổ biến nhất là encoder tuyệt đối và tương đối. Vậy encoder là gì? Encoder tuyệt đối là gì? Encoder tương đối là gì? Chúng có cấu tạo và ứng dụng gì trong đời sống và điểm khác nhau giữa encoder tuyệt đối và tương đối là gì? Hãy cùng Bảo An tìm hiểu trong bài viết sau đây. 

- Encoder là gì? Encoder hay còn có tên gọi khác là bộ mã hóa, bộ mã hóa vòng quay, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu kỹ thuật số để đáp ứng với chuyển động. Encoder là thiết bị cơ học có khả năng biến đổi các chuyển động thành tín hiệu số hoặc tín hiệu xung. 

- Encoder có thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt. Chúng được sử dụng để đo và ghi lại thông tin vị trí và chuyển động của các máy móc trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp như điều khiển động cơ, hệ thống tự động hóa, robot công nghiệp, máy CNC và các thiết bị công nghiệp khác. 

Hình 1: Encoder là gì?

Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều các loại encoder khác nhau với các tính năng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nhưng có hai loại encoder chính được sử dụng phổ biến là encoder tương đối và tuyệt đối. Cụ thể như sau: 

- Encoder tương đối là một thiết bị cảm biến chuyển động, tạo ra các xung tín hiệu khi trục của nó quay hoặc chuyển động tịnh tiến. Bạn có thể hình dung nó giống như một chiếc đồng hồ đếm xung – mỗi xung tương ứng với một bước di chuyển nhỏ của trục. Hệ thống điều khiển sử dụng những xung này để theo dõi vị trí và tốc độ của trục.
- Tín hiệu đầu ra của encoder tương đối thường là các tín hiệu sóng vuông, với tần số của chúng tỉ lệ thuận với tốc độ quay của trục. Điều này có nghĩa là khi trục quay nhanh hơn, số lượng xung tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định sẽ nhiều hơn, giúp hệ thống biết được tốc độ và hướng quay của trục.

- Encoder tương đối thường được ứng dụng trong các ứng dụng có chi phí thấp, không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối. Một số ứng dụng phổ biến của encoder tương đối là ứng dụng trong hệ thống điều khiển động cơ, băng tải, robot công nghiệp.

Hình 2: Encoder tương đối

- Cấu tạo encoder tương đối bao gồm một bộ phát và thu ánh sáng (đèn LED phát và đèn LED thu) cùng với một đĩa mã hóa tròn hoặc thanh thẳng có các lỗ hoặc rãnh được bố trí theo một quy tắc nhất định.
- Đĩa mã hóa trong cấu tạo encoder tương đối bao gồm các lỗ được xếp thành một dãy, chia đều và cách đều nhau. Các lỗ này có thể được sắp xếp theo mã nhị phân hoặc mã Gray, và đĩa thường có 1, 2 hoặc 3 vòng lỗ. Thêm vào đó, có một lỗ đặc biệt gọi là lỗ định vị giúp xác định vị trí ban đầu. Đĩa mã hóa thường được làm từ loại vật liệu trong suốt để ánh sáng có thể xuyên qua các lỗ.
- Khi đĩa mã hóa quay, ánh sáng từ đèn LED phát sẽ chiếu qua các lỗ trên đĩa và được đèn LED thu nhận lại, tạo ra các tín hiệu dạng xung. Các tín hiệu này tăng dần hoặc theo chu kỳ, giúp hệ thống đo lường biết được vị trí và tốc độ của trục đang quay.

Hình 3: Cấu tạo encoder tương đối

- Encoder tương đối hoạt động trên nguyên lý tạo ra các xung điện khi trục của nó quay. Sau khi di chuyển bộ mã hóa gia tăng, một luồng xung nhị phân tỷ lệ với vòng quay của trục được tạo ra. Độ lệch pha của các xung được tạo ra cho biết hướng chuyển động và việc đếm các xung đó cho chúng ta biết vị trí của trục. Bộ mã hóa vòng quay gia tăng bao gồm một khe quay màu đen và một khe cố định giữa bộ phát và bộ thu. Khi trục bộ mã hóa quay, ánh sáng phát ra từ bộ phát đi qua các khoảng trống này và được bộ thu chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện. Tín hiệu này tạo ra một sóng vuông ở đầu ra. Bộ mã hóa gia tăng có ít nhất 1 đầu ra A hoặc thường là 2 đầu ra, được gọi là B và A.
- Bộ mã hóa tương đối có thể đo được sự thay đổi vị trí nhưng không đo được vị trí tuyệt đối. Mỗi khi bật bộ mã hóa tương đối, xung được đếm từ 0, điều này có nghĩa là vị trí không được lưu trữ và phải ‘đặt lại hoặc tham chiếu’ vị trí trước khi bộ mã hóa bắt đầu đếm lại.

Hình 4: Nguyên lý làm việc của encoder tương đối

- Encoder tuyệt đối là gì? Encoder tuyệt đối hay bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối là một thiết bị cảm biến giúp xác định vị trí chính xác của trục tại bất kỳ thời điểm nào. Thay vì chỉ tạo ra các xung như encoder tương đối, encoder tuyệt đối cung cấp một giá trị vị trí duy nhất cho mỗi góc quay của trục, cho phép hệ thống biết chính xác vị trí hiện tại của trục ngay cả sau khi mất nguồn hoặc khởi động lại.
- Ngoài việc đo vị trí, encoder tuyệt đối còn có thể được sử dụng để tính toán tốc độ bằng cách so sánh sự thay đổi vị trí trong một khoảng thời gian ngắn. Từ đó, giá trị tốc độ có thể được truyền đến các thiết bị điều khiển khác trong hệ thống.

- Encoder tuyệt đối thường được ứng dụng trong các ứng dụng cần yêu cầu độ chính xác cao như: ứng dụng trong các máy CNC, Máy in và scan, thiết bị y tế, máy đóng gói trong công nghiệp

Hình 5: Encoder tuyệt đối

--> Để hiểu thêm về encoder tuyệt đối là gì? Hãy cùng tham khảo thông số kỹ thuật và hình ảnh của sản phẩm Bộ mã hóa vòng quay OMRON E6CP-AG5C 256 2M OMS được phân phối ở Bảo An tại đây. 

- Encoder tuyệt đối hoạt động dựa trên nguyên lý phát sáng và cảm biến ánh sáng. Nó gồm một nguồn sáng (LED), một đĩa mã hóa trong suốt, và một cảm biến nhạy với ánh sáng.
- Đĩa mã hóa trong encoder tuyệt đối có các đường tròn đồng tâm và được chia thành nhiều góc bằng nhau. Khi trục quay, đĩa mã hóa này xoay theo và tạo ra một mô hình ánh sáng khác nhau tại mỗi vị trí. Cảm biến ánh sáng sẽ ghi lại mô hình này và từ đó xác định được vị trí chính xác của trục.
- Điều đặc biệt là tín hiệu từ encoder tuyệt đối đã cung cấp thông tin vị trí chính xác mà không cần qua các bước xử lý phức tạp nào khác. Điều này giúp các kỹ sư chế tạo máy biết ngay được vị trí của trục mà không cần phải tính toán thêm.

Hình 6: Cấu tạo encoder tuyệt đối

- Nguyên lý hoạt động của encoder tuyệt đối là hoạt động bằng cách xuất ra một từ kỹ thuật số của bit khi trục quay. Có hai đĩa đều có các vòng đồng tâm với các điểm đánh dấu bù. Một đĩa được cố định vào trục trung tâm, đĩa còn lại thì di chuyển tự do. Khi đĩa quay, các điểm đánh dấu dọc theo rãnh của bộ mã hóa tuyệt đối sẽ thay đổi vị trí trên đĩa cố định. Mỗi cấu hình dọc theo đĩa của bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối đại diện cho một mã nhị phân duy nhất. Nhìn vào mã nhị phân trong bộ mã hóa vòng quay sẽ xác định vị trí tuyệt đối của đối tượng.
- Đối với bộ mã hóa tuyệt đối quang học, điểm đánh dấu là một lỗ cho phép ánh sáng đi qua. Đối với bộ mã hóa tuyệt đối từ tính, điểm đánh dấu là một mảng cảm biến từ tính đi qua nam châm và phát hiện vị trí của các cực từ.

Encoder tuyệt đối và tương đối là 2 loại encoder được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hiện nay. Dưới đây là các điểm khác nhau của encoder tuyệt đối và tương đối.

 

Encoder tương đối	Encoder tuyệt đối
Encoder tương đối phát ra các tín hiệu xung tăng dần hoặc theo chu kỳ	Tín hiệu nhận được từ encoder tuyệt đối cho biết chính xác vị trí của encoder mà người dùng không cần xử lý thêm.
Bộ mã hóa vòng quay tương đối được sử dụng để đo tốc độ, vị trí và khoảng cách nhưng encoder tương đối này không thể giữ vị trí được đo cuối cùng	Encoder tuyệt đối được sử dụng để đo vị trí góc nhưng bộ mã hóa này có thể giữ được vị trí đo cuối cùng.
Encoder tương đối đ đếm tốc độ dựa trên sự tăng giảm số xung trên đơn vị thời gian	Encoder tuyệt đối có thể ghi nhớ vị trị khi bị mất nguồn do mỗi vị trí có mã tín hiệu riêng
Cần căn chuẩn lại vị trí gốc khi cài đặt	Không cần căn lại vị trí gốc
Bộ mã hóa vòng quay tương đối cần nguồn điện trong suốt quá trình hoạt động	Bộ mã hoá vòng quay tuyệt đối chỉ cần nguồn điện khi đọc dữ liệu
Tương ứng đĩa 2bit, cho ngõ ra dạng xung vuông pha AB, hoặc ABZ hoặc ABZA|B|Z| (A đảo, B đảo, Z đảo).	Tương ứng đĩa quay 8bit hay 8 dãy rãnh, cho ngõ ra dạng mã kỹ thuật số(BCD), Binary (nhị phân), hoặc Gray code.
Cấu tạo đơn giản, tiết kiệm cảm biến, chỉ sử dụng tối đa 3 nguồn sáng	Cần sử dụng đến 8 nguồn sáng
Bị giới hạn bởi các thông số cung cấp thông tin, cần có thêm thiết bị tham chiếu để tính toán chuyển động	Cho biết được nhiều tham số thông tin
Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả về dễ dàng	Ưu điểm: giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn
Nhược điểm: dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Sẽ tích lũy sai số khi hoạt động lâu dài.	Nhược điểm: giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó

 

Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp bạn hiểu được về encoder là gì? Encoder tương đối và tuyệt đối là gì? Cấu tạo, nguyên lý làm việc cũng như nhũng điểm khác nhau giữa encoder tương đối và tuyệt đối. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.