انكدر دوار كه انكدور محور (Shaft encoder) نيز ناميده مي گردد عبارتست از يك دست الكترومكانيكي كه براي تبديل موقعيت زاويه‌اي (θ) يك محور انتقال به يك كميت آنالوگ و يا يك كد ديجيتال بهره گیری مي گردد اين وسيله كه در واقع نوعي ترانزيستور( مبدل ) به شمار مي آيد : در جاهايي زیرا رباتيك ،در بالاي لنزهاي عكاسي ، در دستگاه هاي ورودي كامپيوتر ( از قبيل موس هاي اپتومكانيكي و…) و در ايستگاه هاي رادار دوار بهره گیری مي گردند .
اين دستگاه ها دو نوع عمده دارند : نوع مطلق (absolute type) و نوع افزايشي (Ineremental)
انكدر دوار مطلق :
ساختمان انكدر
نوع ديجيتال آن به ازاي هر زاوية‌مشخص از محور (θ) يك كد ديجيتال منحصر به فرد ايجاد مي كند . يك ورق فلزي ( برش يافته با مكانيسمي پيچيده ) به يك ديسك جدا كننده كه كاملاً‌با محور درگير مي باشد چسبيده شده می باشد .
يك سري كنتالتهاي لغزان بر روي يك هستة ساكن فيكس شده اند . به طوري كه هر كنتاكت پیش روی ورقة‌فلزي در فواصل مختلف از محور جاروب مي گردد. هنگامي كه ديسك به همراه محور مي چرخد تعدادي از كنتاكت ها با ورق فلزي در تماس قرار مي گيرند . درحالي كه بقيه در درون gap قرار مي گيرند جايي كه ورقه داراي شيار (بريدگي ) می باشد اين ورقة فلزي به يك منبع جريان الكتريكي وهر كنتاكت به يك سنسور الكتريكي مجزا متصل می باشد . ورقه فلزي طوري طراحي شده می باشد كه هر موقعيت زاويه‌اي ممكن براي محول توليد يك كد باينري منحصر به فرد مي كند كه در آن برخي كنتاكت ها به منبع جريان متصل مي شوند . و ديگر كنتاكتها در حالت Off باقي مي مانند. اين كد را مي توان توسط قطعات كنترلي از قبيل ميكروپروسسور ، براي مشخص كردن زاوية محور ( Shaft) ديگر كرد .
آنكدر آنالوگ مطلق يك كد آنالوگ دوتايي منحصر به فرد توليد مي كند كه مي تواند با بهره گیری از الگوريتم هاي خاص به صورت موقعيت زاويه‌اي مطلق محور ديگر گردد .
انكدينگ باينري استاندارد :
انكدر دوار براي دستگاه هاي اندازه گيري زاويه ، 3 بيتي هستند . دروني ترين حلقه معادل كنتاكت 1 در جدول می باشد سكتورهاي سياه On هستند درجه هاي صفر در سمت راست و افزايش زاويه در جهت پادساعتگرد می باشد . مثالي از كد باينري در يك انكدر بسيار ساده با سه كنتاكت در زير نشان داده شده می باشد .
| Angle | Contact3 | Contact2 | Contact1 | Sectore |
در حالت كلي ، اگر n، كنتاكت وجود داشته باشد، تعداد موقعيت هاي مجزاي محور برابر 2n خواهد بود در اين مثال nبرابر 3 و لذا 23=8 موقعيت مختلف مي توان براي محور در نظر گرفت .
در انكدر ارائه شده در مثال فوق ، كنتاكتها يك شمارش باينري استاندارد به عنوان چرخش هاي محور توليد مي كنند . البته يك مشكل هست و آن اينكه چنانچه ديسك در بين دو سكتورمجاور قرار گيرد و يا به عبارت ديگر كنتاكتها به گونه كامل در يك خط قرار نگيرند، امكان تعيين زاوية محور وجود نخواهد داشت . براي روشن شدن اين مسئله ، حالتي را در نظر بگيريد كه زاوية‌محور از 179.9º به 180.1º تغيير ميكند (تغيير حالت از سكتور 3 به سكتور 5) در اين حالت چه اتفاقي مي افتد ؟
در چند لحظه طبق جدول فوق ، طرح كنتاكتها از حالت OFF-ON-ON به حالت ON- OFF- OFF تغيير مي يابد . اما در واقع اين اتفاق نمي افتد در يك سيستم عملي ، كنتاكتها هیچگاه كاملاً در يك خط قرار نمي گيرند .
و بنابراين هر كدام در يك لحظه متفاوت سوئيچ مي شوند نه به گونه همزمان . چنانچه آغاز كنتاكت 1 سوئيچ گردد به دنبال آن كنتاكت 3 و سپس كنتاكت 2 سوئيچ مي گردد .
براي مثال ترتيب واقعي كدها به صورت زير خواهد بود :
| در حالت ابتدايي | OFF-ON- ON |
| حالت اول :كنتاكت ON1 مي گردد | ON- ON – ON |
| حالت دوم : كنتاكت OFF3 مي گردد | ON – ON – OFF |
| حالت سوم : كنتاكت OFF2 مي گردد | ON- OFF- OFF |
حال به سكتورهاي متناظر با اين كدها در جدول دقت كنيد . به ترتيب داريم 7.8.4 و سپس 5.
بنابراين با در نظر داشتن ترتيب كدهاي توليد شده ، به نظر مي رسد كه محور از سكتور 4 به سكتور 8 پرش كرده می باشد و سپس به عقب برگشته (به سكتور 7) ودر نهايت باز هم به عقب بر مي گردد ( سكتور 5) و اين جايي می باشد كه انتظار مي رفت محور در آنجا يافت گردد . در بسياري از مواقع ، اين رفتار نامطلوب می باشد و مي تواند منجر به خرابي سيستم گردد. براي مثال ، چنانچه انكدر در بازوي يك ربات بهره گیری گردد ، كنترلر ممكن می باشد فكر كند كه بازو در موقعيت اشتباه قرار گرفته می باشد و در نتيجه با چرخش آن حول و حوش 180º سعي در تصحيح خطاي مذكور نمايد كه اين امر ممكن می باشد منجر به آسيب ديدن بازوي ربات گردد.
گري انكدينگ Gary en coding
انكدر دوار براي دستگاه هاي اندازه گيري زاويه توسط 3 بيت كدگري منعكس شدة باينري مشخص مي شوند دورني ترين حلقه متناظر با كنتاكت 1 در جدول می باشد سكتورهاي سياه on هستند درجه هاي صفر در سمت راست و افزايش زاويه در جهت پادساعتگرد می باشد.
براي رفع مشكل موجود در انكدر ارائه شدة قبلي از گري انكدينگ بهره گیری شده می باشد.
اين يك سيستك باينري شمارش می باشد كه در آن دو كد مجاور تنها در يك مكان اختلاف دارند براي مثال سه كنتاكت ارائه شده قبلي ، نسخة كد شده باكري چنين خواهد بود :
| Angle | Contact3 | Contact2 | Contact1 | Sectore |
در اين مثال انتقال از سكتور 4 به سكتور 5، مانند ديگر انتقالها ، شامل تغيير حالت يك كنتاكت از حالت onبه off و يا برعكس مي باشد اين به آن معناست كه ترتيب كدهاي اشتباه نشان داده شده در مثال قبل در اين حالت نمي تواند رخ دهد .
انكدر دوار افزايشي incremental rotary encoder
انكدرهاي دوار افزايشي ، به عنوان انكدر هاي ربعي quadrature encoder نيز شناخته مي شوند . اين نوع انكدرها (كه انكدرهاي دوار اضافي relative rotary encodery نيز ناميده مي شوند. داراي دو خروجي هستند كه خروجي هاي ربعي نام دارند. آنها مي توانند به دو صورت مكانيكي يا نوري باشند . در نوع نوري دو track كد شده باگري هست ، در حالي گرانكدرهاي از نوع مكانيكي داراي دو كنتاكت هستند كه توسط بادامك هاي روي محور گردان تحريك مي شوند . اين نوع انكدرها نياز به debouance دارند و نوعاً به عنوان پتانسيومترهاي ديجيتال روي تجهيزات شامل دستگاه هاي مصرف كننده بهره گیری مي شوند. امروزه اغلب براي استريوهاي جديد خانگي و يا اتومبيل از انكدرهاي دوار مكانيكي جهت صوت بهره گیری مي كنند. به خاطر اين واقعيت كه سوئيچ هاي مكانيكي به debouncing نياز دارند، انواع مكانيكي آنها تنها به حركت هاي دوراني محدود شده اند.
انكدرهاي دوار افزايشي به سبب پايين بودن قيمت شان ( فقط به دو سنسور نياز دارند ) نسبت به ساير انكدرها، بسيار بيشتر مورد بهره گیری قرار مي گيرد. اين واقعيت كه انكدرهاي افزايشي تنها از دو سنسور بهره گیری مي كنند، خللي در دقت آنهاايجاد نمي كند. طوري كه هم اكنون مي توان انكدرهاي افزايشي با بيش از 000/10 شمارش در هر دور چرخش در بازار يافت .
اين انكدر مي تواند داراي سه خروجي دلخواه باشد . خروجي مرجع كه به ازاي هر چرخش يك بار رخ مي دهد و در مواردي كاربرد دارد كه نياز به يك مرجع مطلق باشد ، به گونه مثال سيستم هاي موقعيت سنج .
نوع اپتيكال (نوري ) انكدرها در مواردي كاربرد دارند كه با RPM هاي بالاتر (سرعتهاي بالا) مواجه باشيم و يا در مواردي كه درجة دقت بسيار بالا مورد نياز باشد.
انكدرهاي افزايشي به مقصود دنبال کردن حركت به كار مي رود . به علاوه آنها مي توانند براي تعيين موقعيت وسرعت نيز به كار طریقه كه اين سرعت مي تواند سرعت خطي و يا چرخشي باشد. توانايي تشخيص جهت اين انكدرها امكان اندازه گيري هاي بسيار دقيق درموارد مختلف را به وجود مي آورد .
انكدرهاي افزايشي دو خروجي دارند به نامهاي B,A كه خروجي هاي ربعي (quadrature) ناميده مي شوند و اختلاف فاز 90 درجه با هم دارند.
دياگرام حالت آنها به صورت زير می باشد :
با رسم شكل موج خروجي مي توان ملاحظه كرد كه دو خروجي 90 درجه اختلاف فاز دارند و اين همان چيزي می باشد كه از روي نام انكدر ( ربعي ) نيز قابل برداشت می باشد. اين سيگنالها براي توليد يك پالس بالا شمار يا پايين شمار ديكد مي شوند .
براي ديكد كردن آنها در نرم افزار ، ابتداي خروجي هاي B,A توسط نرم افزار خوانده شده و سپس با بهره گیری از جدول فوق جهت گردش محور ديكد مي گردد . به عنوان مثال اگر آخرين مقدار برابر 00 و مقدار جاري برابر 01 بود ، دستگاه به اندازةنيم سيكل در جهت ساعتگرد چرخيده می باشد .
در صورتي كه انكدر بسيار سريع در حال چرخش می باشد ، ممكن می باشد يك انتقال غير قابل دسترسي (غير عادي ) رخ دهد . به گونه مثال 00è11 . هيچ راهي هم وجود ندارد كه تشخيص دهيم انكدر در چه جهتي چرخيده می باشد :
00è01è11يا 00è10è11
حال اگر انكدر باز هم سريعتر بچرخد ، ممكن می باشد يك شمارش معكوس رخ دهد . به گونه مثال در نظر بگيريد انتقال 00è01è11è10 [ سه گام به جلو] با چرخش سريع انكدر ، ممكن می باشد سيستم تنها 10,00 را بخواند . كه انتقال (00è10) را نتيجه مي دهد (1 گام به عقب ) سنسورهاي دواري كه تنها يك خروجي دارند ، انكدر محسوب نمي شوند و نمي توانند جهت چرخش را مشخص كنند اما RPM را ميسنجند.
از همين اصل در ماوس هاي غلتكي بهره گیری يم گردد و به اين طريق جهت حركت ماوس را به راست / چپ و يا جلو / عقب دنبال مي كنند .
تكنولوژي انكدرها :
انكدرها از نظر عملكرد داراي تكنولوژي هاي گوناگوني هستند :
Track هاي هادي :
يك سري لايه هاي مسي طراحي شده برروي يك PCB ، كه براي انكد كردن اطلاعات به كار مي رود امروزه اين شكل از انكدرها به ندرت ديده مي شوند.
اپتيكال ( نوري )
اين تكنولوژي از تابش نور بر روي ديودهاي نوري از بين شكافهاي يك ديسك فلزي يا شيشه اي براي انكه كردن اطلاعات بهره گیری مي كند. نوع انعكاسي آنها نيز هست اين روش يكي از متداولترني تكنولوژي هاي انكدينگ اطلاعات می باشد .
مغناطيسي:
باريكهاي از مواد مغناطيسي برروي يك ديسك گردان قرار داده شده می باشد و بوسيلة سنسورهاي اثرهال يا سنسورهاي مقاومت مغناطيسي حس مي شوند.