1. Bộ mã hóa là gì?
Trong quá trình vận hành của mộtĐộng cơ DC N20 hộp số trục vítCác thông số như dòng điện, tốc độ và vị trí tương đối theo hướng chu vi của trục quay được giám sát theo thời gian thực để xác định trạng thái của thân động cơ và thiết bị được kéo, và hơn nữa để điều khiển các điều kiện hoạt động của động cơ và thiết bị theo thời gian thực, từ đó thực hiện nhiều chức năng cụ thể như điều khiển servo và điều chỉnh tốc độ. Ở đây, việc ứng dụng bộ mã hóa (encoder) làm phần tử đo lường phía trước không chỉ đơn giản hóa đáng kể hệ thống đo lường mà còn chính xác, đáng tin cậy và mạnh mẽ. Bộ mã hóa là một cảm biến quay chuyển đổi các đại lượng vật lý về vị trí và độ dịch chuyển của các bộ phận quay thành một loạt tín hiệu xung kỹ thuật số, được hệ thống điều khiển thu thập và xử lý để đưa ra một loạt lệnh nhằm điều chỉnh và thay đổi trạng thái hoạt động của thiết bị. Nếu bộ mã hóa được kết hợp với thanh răng hoặc vít me, nó cũng có thể được sử dụng để đo vị trí và độ dịch chuyển của các bộ phận chuyển động tuyến tính.
2. Phân loại bộ mã hóa
Phân loại cơ bản của bộ mã hóa:
Bộ mã hóa là thiết bị đo lường chính xác kết hợp chặt chẽ giữa cơ khí và điện tử, dùng để mã hóa, chuyển đổi tín hiệu hoặc dữ liệu, phục vụ cho việc truyền tải, lưu trữ và giao tiếp. Dựa trên các đặc điểm khác nhau, bộ mã hóa được phân loại như sau:
● Đĩa mã và thước mã. Bộ mã hóa chuyển đổi độ dịch chuyển tuyến tính thành tín hiệu điện được gọi là thước mã, còn bộ chuyển đổi độ dịch chuyển góc thành tín hiệu viễn thông được gọi là đĩa mã.
● Bộ mã hóa gia tăng. Cung cấp thông tin như vị trí, góc và số vòng quay, đồng thời xác định tốc độ tương ứng bằng số xung trên mỗi vòng quay.
● Bộ mã hóa tuyệt đối. Cung cấp thông tin như vị trí, góc và số vòng quay theo gia số góc, và mỗi gia số góc được gán một mã duy nhất.
● Bộ mã hóa tuyệt đối lai. Bộ mã hóa tuyệt đối lai xuất ra hai tập thông tin: một tập thông tin được sử dụng để phát hiện vị trí cực bằng chức năng thông tin tuyệt đối, và tập thông tin còn lại hoàn toàn giống với thông tin đầu ra của bộ mã hóa gia tăng.
Bộ mã hóa thường được sử dụng trong động cơ:
● Bộ mã hóa tăng dần
Sử dụng trực tiếp nguyên lý chuyển đổi quang điện để tạo ra ba bộ xung vuông A, B và Z. Độ lệch pha giữa hai bộ xung A và B là 90°, giúp dễ dàng xác định hướng quay; pha Z là một xung trên mỗi vòng quay và được sử dụng để định vị điểm tham chiếu. Ưu điểm: cấu tạo nguyên lý đơn giản, tuổi thọ cơ học trung bình có thể lên đến hàng chục nghìn giờ, khả năng chống nhiễu mạnh, độ tin cậy cao và phù hợp cho truyền dẫn đường dài. Nhược điểm: không thể xuất ra thông tin vị trí tuyệt đối của trục quay.
● Bộ mã hóa tuyệt đối
Trên tấm mã tròn của cảm biến có một số kênh mã đồng tâm dọc theo hướng xuyên tâm, mỗi kênh bao gồm các vùng truyền ánh sáng và không truyền ánh sáng, và số lượng vùng của các kênh mã liền kề gấp đôi, số lượng kênh mã trên tấm mã bằng số lượng chữ số nhị phân. Khi tấm mã ở các vị trí khác nhau, mỗi phần tử cảm quang được chuyển đổi thành tín hiệu mức tương ứng tùy thuộc vào việc có ánh sáng hay không, tạo thành số nhị phân.
Loại bộ mã hóa này có đặc điểm là không cần bộ đếm và có thể đọc mã số cố định tương ứng với vị trí tại bất kỳ vị trí nào của trục quay. Rõ ràng, càng nhiều kênh mã thì độ phân giải càng cao, và đối với bộ mã hóa có độ phân giải nhị phân N bit, đĩa mã phải có N kênh mã. Hiện nay, tại Trung Quốc có các sản phẩm bộ mã hóa tuyệt đối 16 bit.
3. Nguyên lý hoạt động của bộ mã hóa
Thông qua một đĩa mã quang điện có trục ở trung tâm, trên đó có các đường tròn và các vạch khắc tối màu, và có các thiết bị phát và thu quang điện để đọc nó, và bốn nhóm tín hiệu sóng sin được kết hợp thành A, B, C và D. Mỗi sóng sin khác nhau bởi độ lệch pha 90 độ (360 độ so với sóng chu vi), và các tín hiệu C và D được đảo ngược và chồng lên pha của A và B, có thể tăng cường tín hiệu ổn định; và một xung pha Z khác được xuất ra cho mỗi vòng quay để biểu thị vị trí tham chiếu số không.
Do hai pha A và B lệch nhau 90 độ, nên có thể so sánh xem pha A dẫn trước hay pha B dẫn trước để phân biệt chiều quay thuận và nghịch của bộ mã hóa, và có thể thu được bit tham chiếu 0 của bộ mã hóa thông qua xung 0. Vật liệu làm tấm mã hóa bao gồm thủy tinh, kim loại, nhựa. Tấm mã hóa bằng thủy tinh được khắc một đường rất mỏng trên bề mặt thủy tinh, có độ ổn định nhiệt tốt, độ chính xác cao. Tấm mã hóa bằng kim loại được khắc trực tiếp mà không cần đường khắc, không dễ vỡ, nhưng do kim loại có độ dày nhất định nên độ chính xác bị hạn chế, độ ổn định nhiệt kém hơn thủy tinh một bậc. Tấm mã hóa bằng nhựa có giá thành thấp, nhưng độ chính xác, độ ổn định nhiệt và tuổi thọ kém hơn.
Độ phân giải - bộ mã hóa cung cấp số lượng đường khắc xuyên suốt hoặc tối màu trên mỗi 360 độ quay được gọi là độ phân giải, còn được gọi là chỉ số độ phân giải, hoặc trực tiếp là số lượng đường, thường là từ 5 đến 10000 đường trên mỗi vòng quay.
4. Nguyên lý đo vị trí và điều khiển phản hồi
Bộ mã hóa đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong thang máy, máy công cụ, gia công vật liệu, hệ thống phản hồi động cơ, cũng như trong thiết bị đo lường và điều khiển. Bộ mã hóa sử dụng một lưới nhiễu xạ và một nguồn sáng hồng ngoại để chuyển đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện TTL (HTL) thông qua bộ thu. Bằng cách phân tích tần số của mức TTL và số lượng mức cao, góc quay và vị trí quay của động cơ được phản ánh trực quan.
Vì góc và vị trí có thể được đo chính xác, bộ mã hóa và bộ biến tần có thể được kết hợp thành một hệ thống điều khiển vòng kín để điều khiển chính xác hơn, đó là lý do tại sao thang máy, máy công cụ, v.v. có thể được sử dụng với độ chính xác cao như vậy.
5. Tóm tắt
Tóm lại, chúng ta hiểu rằng bộ mã hóa được chia thành loại tăng dần và loại tuyệt đối dựa trên cấu trúc của chúng, và cả hai đều chuyển đổi các tín hiệu khác, chẳng hạn như tín hiệu quang học, thành tín hiệu điện có thể được phân tích và điều khiển. Thang máy và máy công cụ thông thường trong cuộc sống của chúng ta đều dựa trên sự điều chỉnh chính xác của động cơ, và thông qua điều khiển vòng kín phản hồi của tín hiệu điện, bộ mã hóa kết hợp với biến tần cũng là một cách tự nhiên để đạt được sự điều khiển chính xác.
Thời gian đăng bài: 20/07/2023