موتورها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند و امکان کنترل حرکت اجزای متصل به خود را فراهم می‌آورند. اما تنها به حرکت درآوردن یک قطعه کافی نیست؛ برای رسیدن به دقت در بسیاری از سیستم‌ها (مانند حرکت مستقیم یک ربات دو چرخ)، باید سرعت و موقعیت شفت موتور به دقت اندازه‌گیری و پایش شود. اینجاست که اهمیت سنسورهای زاویه (Angle Sensors) و انکودرها مشخص می‌شود.

انواع سنسورهای اندازه‌گیری زاویه شفت (Angle Sensors):

• سینکروها (Synchros):

یکی از قدیمی‌ترین تجهیزات برای اندازه‌گیری زاویه هستند. این سنسورهای الکترومغناطیسی و آنالوگ، در گذشته بسیار پرکاربرد بودند (به‌ویژه در صنایع نظامی و هوایی) اما به دلیل ابعاد بزرگ، وزن بالا و پیچیدگی‌های راه‌اندازی، امروزه جای خود را به انکودرهای دیجیتال داده‌اند.

• انکودرهای نوری (Optical Encoders):

نسل بعدی سنسورها که با استفاده از نور، دقت بسیار بالایی را به ارمغان آوردند.

• انکودرهای مغناطیسی (Magnetic Encoders):

جدیدترین و جان‌سخت‌ترین نسل سنسورها که با استفاده از میدان مغناطیسی، محدودیت‌های انکودرهای نوری را به طور کامل برطرف کرده‌اند.

اساس کار انکودر نوری:

انکودر افزایشی نوری از سه بخش اصلی تشکیل شده است: 

یک فرستنده (معمولاً یک LED مادون قرمز)، یک دیسک کدگذاری شده و یک سنسور نوری (مانند فوتودیود).

دیسک کدگذاری شده مستقیماً روی شفت موتور نصب می‌شود و با چرخش موتور می‌چرخد. روی این دیسک شیارها یا بخش‌های متناوبِ شفاف و کدر وجود دارد. فرستنده یک پرتو نور ساطع می‌کند؛ با چرخش دیسک، این نور به صورت متناوب توسط شیارها عبور کرده یا توسط بخش‌های کدر مسدود می‌شود. سنسور نوری این تغییرات را دریافت کرده و یک سیگنال منطقی (صفر و یک) تولید می‌کند که نشان‌دهنده میزان چرخش شفت است.

مقایسه عملکرد:

اگرچه انکودرهای نوری به دلیل داشتن رزولوشن و دقت بالا شناخته می‌شوند، اما معایب متعدد آن‌ها باعث شده تا انکودرهای مغناطیسی در بسیاری از کاربردهای صنعتی به بهترین انتخاب تبدیل شوند.

در ادامه مزایای بی‌نظیر انکودرهای مغناطیسی را در مقایسه با نقاط ضعف انکودرهای نوری بررسی می‌کنیم:

• مقاومت بی‌نظیر در برابر آلودگی‌های محیطی:

اگر دیسک انکودر نوری در معرض گرد و غبار، خاک، روغن، رطوبت یا سایر ذرات محیطی قرار بگیرد، پرتو نور مسدود شده و عملکرد انکودر مختل می‌شود. اما انکودرهای مغناطیسی به هیچ وجه تحت تأثیر کثیفی، روغن، گرد و غبار یا رطوبت قرار نمی‌گیرند. به همین دلیل، برای سیستم‌هایی که در محیط‌های خشن و آلوده صنعتی کار می‌کنند، انکودر مغناطیسی گزینه‌ای بی‌رقیب است.

• طول عمر بالا و دوام مکانیکی فوق‌العاده:

 دیسک‌های نوری معمولاً از جنس شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شوند و در برابر ضربه و ارتعاشات مداوم بسیار آسیب‌پذیرند. همچنین خود فرستنده‌های نوری نیز مستعد خرابی هستند. در مقابل، سنسورهای مغناطیسی فاقد قطعات شکننده بوده و در برابر لرزش و ضربه بسیار مقاوم‌ترند، که این امر طول عمر سیستم را به شدت افزایش می‌دهد.

• مصرف انرژی بسیار پایین‌تر:

فرستنده‌های نوری برای تولید پرتو نور به جریان نسبتاً بالایی نیاز دارند که در سیستم‌های مبتنی بر باتری باعث کاهش عمر باتری می‌شود. انکودرهای مغناطیسی مصرف جریان بسیار بهینه‌تری دارند و برای ربات‌ها و دستگاه‌های شارژی ایده‌آل هستند.

• ابعاد کوچک‌تر و قیمت مقرون‌به‌صرفه:

برای محافظت از انکودرهای نوری در برابر ذرات خارجی، باید آن‌ها را درون محفظه‌های مهر و موم شده (Seal) قرار داد که این کار باعث بزرگ شدن ابعاد و افزایش هزینه‌ها می‌شود. انکودرهای مغناطیسی نیازی به مهر و موم شدن برای مقابله با شرایط محیطی ندارند، در نتیجه هم ابعاد بسیار کوچک‌تری دارند و هم از نظر اقتصادی توجیه‌پذیرترند.

کاربردهای صنعتی انکودرها و سنسورهای زاویه

با توجه به ویژگی‌هایی که بررسی کردیم، کاربرد این سنسورها در صنعت به شرح زیر است:

• رباتیک و اتوماسیون:

از ربات‌های مسیریاب دو چرخ گرفته تا بازوهای صنعتی بزرگ، برای کنترل سرعت و مسیر حرکت به انکودرها وابسته‌اند. انکودرها کمک می‌کنند تا با فیدبک گرفتن از سرعت موتورها، حرکت ربات در خط مستقیم یا زوایای دقیق تنظیم شود.

• ماشین‌آلات CNC و دستگاه‌های تراشکاری:

برای تعیین دقیق موقعیت ابزار برش.

• صنعت خودرو و هوافضا:

برای سیستم‌های فرمان برقی، کنترل موتور و پایش زاویه چرخ‌ها.

• خطوط تولید و نوار نقاله‌ها:

به دلیل وجود گرد و غبار فراوان در کارخانجات، انکودرهای مغناطیسی بهترین انتخاب برای پایش سرعت نوار نقاله‌ها و موتورهای صنعتی در این محیط‌ها هستند.

اگرچه انکودرهای نوری در گذشته به دلیل دقت بالا استاندارد بازار محسوب می‌شدند، اما پیشرفت تکنولوژی و روی کار آمدن انکودرهای مغناطیسی قواعد بازی را تغییر داده است. انکودرهای مغناطیسی با رفع مشکلات اساسی مانند حساسیت به آلودگی، مصرف انرژی بالا و ابعاد بزرگ، امروزه به گزینه اول مهندسان در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند. اگر برای پروژه یا دستگاه صنعتی خود به دنبال سنسوری هستید که سال‌ها بدون خرابی کار کند و گرد و غبار یا رطوبت محیط اثری روی آن نگذارد، انکودر مغناطیسی قطعا بهترین انتخاب شما خواهد بود.

شرکت دانش بنیان لیو پرتو صنعت، به عنوان طراح و تولید کننده انواع سنسورهای صنعتی و تجهیزات ابزاردقیق آماده ارائه خدمات در زمینه تولید و تامین انواع انکودرهای نوری و مغناطیسی به مشتریان عزیز می باشد.