Encoder là gì? Đây là thiết bị đóng vai trò then chốt trong quá trình chuyển đổi các chuyển động cơ học thành tín hiệu điện tử. Nhờ đó, được ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa. Cùng AME Group tìm hiểu chi tiết cũng như những ứng dụng chính của thiết bị trong bài viết sau.
Encoder là gì?
Encoder hay bộ mã hóa quay, bộ mã hóa trục là tên gọi của một thiết bị điện. Chức năng chính của encoder là chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục thành tín hiệu đầu ra. Bộ mã hóa thường được ứng dụng để phát hiện hướng di chuyển, tốc độ hoặc vị trí của động cơ bằng cách đếm số vòng quay của trục.
Cấu tạo của encoder là gì?
Encoder có cấu tạo gồm ba thành phần chính hoạt động đồng bộ để chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện:
- Đĩa mã hóa: Là một đĩa tròn gắn trên trục quay, trên bề mặt đĩa có các rãnh hoặc lỗ được sắp xếp theo hình tròn đồng tâm. Khi đĩa quay, các rãnh này chia đều mặt đĩa thành các góc bằng nhau, tạo thành từng vùng quét ánh sáng riêng biệt. Một đĩa có thể có nhiều vòng rãnh để mã hóa tín hiệu theo nhiều bit khác nhau.
- Nguồn phát sáng: Thường là một đèn LED được bố trí để chiếu sáng xuyên qua đĩa. Khi đĩa quay, ánh sáng sẽ bị ngắt quãng hoặc cho phép xuyên qua tại các vị trí rãnh.
- Cảm biến thu ánh sáng: Bộ phận này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ánh sáng đi qua hoặc bị cản. Dựa trên những thay đổi về ánh sáng, cảm biến sẽ tạo ra các tín hiệu điện – chính là xung đầu ra của encoder.
Các loại cơ bản của Encoder là gì?
Dựa trên cách thức hoạt động, encoder thường được chia thành hai loại chính: Encoder tuyệt đối và encoder tương đối. Mỗi loại bộ mã hóa quay có cấu trúc và ứng dụng riêng biệt.
Encoder tuyệt đối
Loại này hoạt động dựa trên một đĩa mã hóa có 8 dãy rãnh, tương ứng với hệ mã 8 bit. Đĩa được chia đều thành các góc nhỏ, đồng tâm và làm từ vật liệu trong suốt.
Mỗi vị trí trên đĩa tương ứng với một mã số duy nhất dưới dạng nhị phân, BCD hoặc Gray code. Điều đặc biệt là encoder tuyệt đối vẫn có thể nhớ được vị trí chính xác của trục quay ngay cả khi bị mất nguồn, vì mỗi góc quay đều mang một mã riêng biệt không lặp lại.
Encoder tương đối
Khác với loại tuyệt đối, encoder tương đối tạo ra tín hiệu xung vuông dựa trên hai kênh A và B. Một số loại còn có thêm tín hiệu Z để đánh dấu điểm bắt đầu của một vòng quay.
Thiết bị sử dụng thêm tín hiệu đảo ABZA|B|Z| (phát âm là A đảo, B đảo, Z đảo) để tăng độ chính xác. Tín hiệu A và B thường được dùng để xác định tốc độ và chiều quay của động cơ, còn tín hiệu Z giúp xác định khi nào trục quay hoàn tất một vòng.
Tùy loại sản phẩm, encoder có thể có 4 hoặc 6 dây. Thông thường bao gồm: 2 dây nguồn, 2 dây cho tín hiệu A và B, nếu có thêm tín hiệu Z thì sẽ có thêm 1 dây tương ứng.
Nguyên lý hoạt động của Encoder là gì?
Khi encoder hoạt động, một đĩa quay được gắn trên trục sẽ bắt đầu xoay. Trên đĩa này có những rãnh nhỏ được bố trí đều nhau. Khi đèn LED chiếu ánh sáng qua đĩa, ánh sáng chỉ có thể xuyên qua các vị trí có rãnh. Ngược lại, ở những phần không có rãnh, ánh sáng sẽ bị chặn lại.
Sự thay đổi giữa có ánh sáng và không ánh sáng sẽ được cảm biến ghi nhận, tạo thành các xung điện tương ứng – gọi là xung vuông. Mỗi lần ánh sáng bị gián đoạn hoặc thông suốt sẽ tương ứng với một xung được tạo ra. Các xung này sẽ được encoder đếm lại và ghi nhận cả số lượng lẫn tần số.
Tín hiệu xung sau đó được truyền đến bộ xử lý trung tâm như vi điều khiển, PLC,… để tính toán vị trí, tốc độ hoặc số vòng quay của động cơ. Đây chính là cách mà encoder giúp người điều khiển nắm bắt được tình trạng hoạt động của thiết bị một cách chính xác và theo thời gian thực.
Xác định chiều quay của động cơ như thế nào?
Để nhận biết chiều quay của động cơ, encoder thường sử dụng hai tín hiệu xung chính là A và B. Khi động cơ quay, hai tín hiệu này sẽ tạo ra các xung vuông xuất hiện lệch nhau. Dựa vào thứ tự xuất hiện của chúng, ta có thể xác định được chiều quay.
Ví dụ, nếu tín hiệu A xuất hiện trước B, ta quy ước đó là chiều thuận. Ngược lại, nếu B đến trước A thì là chiều ngược.
Bên cạnh đó, encoder còn có tín hiệu Z – đây là một xung đặc biệt chỉ xuất hiện duy nhất một lần mỗi vòng quay. Nhờ đó, người dùng có thể xác định chính xác điểm bắt đầu của một vòng.
Encoder có thể có 4 hoặc 6 dây, tùy vào loại thiết bị. Thường gồm: 2 dây cấp nguồn, 2 dây cho tín hiệu A và B và dây tín hiệu Z. Dựa vào các tín hiệu này, chúng ta có thể xác định chiều quay, vận tốc và số vòng quay của động cơ.
Khi lập trình vi điều khiển để đọc tín hiệu từ encoder, người ta thường nối dây A và B vào các chân timer hoặc chân ngắt ngoài. Sau đó, cấu hình vi điều khiển ở chế độ counter để đếm xung đầu vào, từ đó xử lý và tính toán được thông số cần thiết.
Vị trí lắp đặt Encoder như thế nào?
Việc xác định vị trí lắp đặt encoder đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống. Dưới đây là 3 vị trí lắp đặt phổ biến và hiệu quả nhất:
- Vị trí cuối trục động cơ servo: Đây là vị trí lý tưởng để encoder có thể đo lường chính xác tốc độ và vị trí góc quay của động cơ. Cách lắp này thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển chính xác.
- Trên trục động cơ linear: Đối với các ứng dụng chuyển động thẳng, encoder được gắn trực tiếp lên trục động cơ linear giúp theo dõi chính xác hành trình di chuyển tịnh tiến.
- Hệ thống băng tải: Encoder lắp trên băng tải có chức năng giám sát tốc độ di chuyển, đảm bảo quá trình vận hành ổn định và chính xác. Vị trí này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống sản xuất tự động.
Ứng dụng của encoder trong đời sống
Encoder là thiết bị quan trọng, đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực đời sống. Nhờ khả năng đo lường, kiểm soát chính xác các thông số như: Vận tốc, góc quay và vị trí, encoder tiếp tục khẳng định không thể thay thế trong kỷ nguyên công nghệ hiện đại với một số ứng dụng như:
- Điều khiển tốc độ trong công nghiệp: Encoder tích hợp với máy biến tần giúp điều chỉnh lưu lượng bơm chất lỏng, đảm bảo dòng chảy ổn định nhờ cơ chế phản hồi tức thời.
- Công nghệ ô tô: Thiết bị này hỗ trợ chế tạo cảm biến chuyển động, giám sát tốc độ xe và nâng cao độ an toàn khi vận hành.
- Thiết bị điện tử: Encoder là thành phần không thể thiếu trong máy in, máy quét và các hệ thống máy tính, giúp xử lý dữ liệu chính xác.
- Tự động hóa sản xuất: Từ dán nhãn, đóng gói đến điều khiển robot đa trục, encoder đảm bảo quy trình vận hành trơn tru và hiệu quả.
- Y tế và nghiên cứu: Ứng dụng trong máy quét y khoa, hệ thống vi phẫu và thiết bị phân phối thuốc tự động, mang lại độ chính xác cao.
- Quốc phòng và khoa học: Encoder góp phần định vị anten quân sự và điều chỉnh kính viễn vọng, phục vụ công tác nghiên cứu và an ninh.
Thông số cần lưu ý khi lựa chọn encoder là gì?
Khi lựa chọn encoder, hiểu rõ các thông số kỹ thuật là điều kiện tiên quyết để lựa chọn được sản phẩm tối ưu, đảm bảo hiệu suất, tuổi thọ hệ thống và nhu cầu sử dụng. Một số yếu tố đặc biệt cần lưu ý như:
- Kiểu trục và kích thước: Encoder có hai dạng trục chính: Trục dương và trục âm, với đường kính trục dao động từ 5mm đến 50mm. Trong đó, loại trục âm thường có kích thước từ 6mm trở lên.
- Độ phân giải (số xung/vòng): Thông số này quyết định độ chính xác của encoder, được đo bằng số xung trên mỗi vòng quay (p/r). Độ phân giải càng cao, giá thành lại càng đắt. Ví dụ, thang máy thường dùng encoder 1024 p/r.
- Điện áp hoạt động: Sử dụng sai điện áp có thể làm thiết bị cháy hỏng. Phổ biến nhất là dải 5-24V, nhưng một số encoder cỡ lớn (30-40mm) chỉ hoạt động ở mức cố định (5V, 12V hoặc 15V). Cần kiểm tra kỹ thông số trước lắp đặt để tránh tốn kém do thay thế.
- Tín hiệu đầu ra: Các loại phổ biến gồm AB, ABZ, AB đảo và ABZ đảo, được nhận biết qua số dây ghi trên tem sản phẩm.
- Dạng ngõ ra: Mỗi loại (Open Collector, Voltage Output, Line Driver…) có yêu cầu khác nhau về nguồn cấp và cách kết nối với thiết bị đọc.
- Chiều dài cáp: Cáp tiêu chuẩn dài 1-3m, nhưng có thể mở rộng đến 10m tùy nhu cầu. Lưu ý: cáp càng dài càng dễ nhiễu tín hiệu.
- Phụ kiện đi kèm: Encoder trục dương cần coupling để kết nối với motor, trong khi trục âm sử dụng pass (thường 1-2 chiếc) để gắn vào máy.
Qua bài viết trên, chắc hẳn bạn đã giải đáp được thắc mắc “Encoder là gì?”. Hy vọng những chia sẻ của AME Group đã giúp bạn có thêm thông tin hữu ích để lựa chọn và sử dụng sản phẩm phù hợp với nhu cầu.