Bộ mã hóa (encoder) là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Encoder là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó như thế nào? Bài viết này sẽ giải đáp toàn diện cho bạn các yếu tố kỹ thuật về encoder cũng như gợi ý cho bạn chọn mua encoder chất lượng, uy tín và chính hãng.

1. Encoder là gì?

Encoder là gì? Là câu hỏi khá quen thuộc nảy sinh trong điện tử kỹ thuật số và xử lý tín hiệu. Encoder (Bộ mã hóa) là thiết bị chuyển đổi thông tin từ định dạng hoặc mã này sang định dạng hoặc mã khác, thường chuyển đổi chuyển động vật lý hoặc vị trí thành tín hiệu kỹ thuật số. Quá trình chuyển đổi của thiết bị encoder đóng vai trò vô cùng quan trọng và cần thiết cho việc chuẩn hóa, tốc độ và nén trong nhiều ứng dụng công nghệ khác nhau. Để kỹ thuật viên có thể kiểm soát chính xác và tự động hóa các hệ thống thì việc chuyển đổi các chuyển động cơ học thành dữ liệu điện tử có thể đọc được là bước cơ bản không thể thiếu. Sau đây là các thông tin mà encoder chuyển hóa trong các hệ thống điều khiển chuyển động và tự động hóa:

• Vị trí: Vị trí hiện tại của trục được chính xác bởi phép đo do bộ mã hóa cung cấp, trục chính hoặc các thành phần chuyển động khác.

• Tốc độ: Hệ thống điều khiển có thể xác định tốc độ chuyển động nhờ bộ mã hóa có thể phân tích tốc độ thay đổi tín hiệu đầu ra.

• Hướng: các hướng sẽ phụ thuộc vào loại encoder, đối với bộ mã hóa quay (rotary encoder) thì đầu ra chỉ ra chuyển động theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ; đối với bộ mã hóa tuyến tính, đầu ra sẽ chỉ theo hướng tiến hoặc lùi.

Hiểu biết về bộ mã hóa không đơn giản chỉ ở chức năng cơ bản của chúng. Một kỹ thuật viên nên hiểu sâu sắc về mặt hoạt động bên trong của nó, khi bạn hiểu được cấu trúc và vận hành của encoder, bạn sẽ có kỹ năng làm việc với bộ mã hóa tốt hơn. Bên cạnh đó, bộ mã hóa còn phân loại là tuyệt đối hoặc gia tăng, tùy thuộc vào tín hiệu đầu ra của chúng.

>> Xem thêm: Lý do Bộ mã hóa Heidenhain là sự lựa chọn hàng đầu trong dây chuyền sản xuất

2. Cấu tạo của encoder

Mỗi loại bộ mã hóa (encoder) sẽ có thành phần chính và chức năng khác nhau, nhưng nhìn chung có 3 thành phần chính sau:

• Phần tử cảm biến: Đây là bộ phận có chức năng chuyển động vật lý và chuyển đổi thành tín hiệu điện.

• Bộ chuyển đổi tín hiệu: Đây là bộ phận có chức năng chuyển đổi vật lý các chuyển động được phát hiện thành tín hiệu điện.

• Giao diện đầu ra: Mạch này xử lý tín hiệu thô từ cảm biến và truyền tín hiệu đó đến hệ thống điều khiển.

3. Nguyên lý hoạt động của encoder

Nguyên lý hoạt động của encoder là chuyển đổi chuyển động vật lý thành định dạng có thể đọc được. Ví dụ, trong bộ mã hóa quay, chuyển động quay của trục được phát hiện bởi phần từ cảm biến, sau đó tạo ra tín hiệu điện tương ứng. Cụ thể, tín hiệu này được tạo ra bằng cách cảm biến thu sáng bật tắt liên tạo để tạo ra các xung vông. Bộ mã hóa sẽ ghi nhận lại số xung và tốc độ xung. Tín hiệu này được truyền về bộ xử lý trung tâm (vi xử lý, PLC,...) và được chuyển đổi thành định dạng kỹ thuật số cho phép giám sát và điều khiển chính xác chuyển động cơ học. Các đầu nối được sử dụng để truyền tín hiệu điện giữa bộ mã hóa và thiết bị điều khiển, trong khi các khớp nối cô lập bộ mã hóa khỏi tác động của xung kích và rung động của máy.

4. Encoder ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Một số ứng dụng tiêu biểu của encoder trong thực tiễn phải kể đến:

• Biểu thị tốc độ: Biến tần được lắp trong một máy bơm dùng để bơm chất lỏng vào bồn chứa, chất lỏng chảy vào phải có tốc độ nhất định. Lúc này bộ mã hóa sẽ kết nối với biến tần và phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy của chất lỏng.

• Đo lường: các doanh nghiệp cơ khí có dùng máy CNC trong gia công, cắt gọt kim loại sẽ cần dùng encoder được lắp vào băng tải, nó có thể đọc nguyên liệu mỗi khi đi qua nó và tính độ dài của sản phẩm

5. Các loại bộ mã hóa

5.1. Bộ mã hóa quay

Bộ mã hóa quay (rotary encoders) còn gọi là bộ mã hóa trục, có nhiệm vụ đo vị trí quay hoặc chuyển động góc của một vật thể. Các lĩnh vực có nhu cầu sử dụng encoder rotary phải kể đến phản hồi động cơ, robot và tự động hóa.

Rotary encoder được phân loại thành 2 loại là bộ mã hóa gia tăng và tuyệt đối. Bộ mã hóa gia tăng cung cấp thông tin vị trí góc tương đối bằng cách tạo ra một loạt xung khi trục quay, trong khi bộ mã hóa tuyệt đối cung cấp giá trị vị trí duy nhất cho mỗi vị trí trục, đảm bảo các phép đo chính xác và có thể lặp lại.

5.2. Bộ mã hóa tuyến tính

Bộ mã hóa tuyến tính (Linear encoders) được thiết kế để đo vị trí dọc theo đường thẳng, chúng thường được sử dụng trong máy CNC, dụng cụ đo chính xác và dây chuyền lắp ráp tự động. Encoder tuyến tính có thể là quang học hoặc từ tính. Bộ mã hóa quang học cung cấp độ phân giải và độ chính xác cao, trong khi bộ mã hóa tuyến tính từ tính nổi tiếng với độ bền trong môi trường khắc nghiệt

5.3. Bộ mã hóa quang học

Để phát hiện sự thay đổi vị trí, cung cấp độ phân giải và độ chính xác cao, ánh sáng là yếu tố mà bộ mã hóa quang học tận dụng để thực hiện nhiệm vụ của mình. Bộ mã hóa quang học được sử dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn và thiết bị phòng thí nghiệm. Bộ mã hóa quang học có thể quay hoặc tuyến tính tùy theo ứng dụng.

5.4. Bộ mã hóa từ tính

Bộ mã hóa từ tính xác định vị trí bằng cách sử dụng từ trường, chúng vẫn hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt với bụi, bẩn và ẩm ướt. Bộ mã hóa từ tính thường được sử dụng trong ô tô, máy móc hạng nặng và thiết bị ngoài trời.

Bảng dưới đây so sánh sự khác nhau giữa các loại encoder:

Loại	Độ phân giải	Độ chính xác	Ứng dụng điển hình	Đầu ra tín hiệu	Phù hợp với môi trường	Tham khảo
Bộ mã hóa quay (Rotary encoder)	Cao (lên đến 10.000 CPR)	Cao	Phản hồi động cơ, Robot, Tự động hóa	Xung kỹ thuật số, Tín hiệu tương tự	Trong nhà, Môi trường kiểm soát	ERN 1387, ECN 413, RON 287, RCN 2391F, ERN 120
Bộ mã hóa tuyến tính (Linear encoder)	Cao (lên đến 1 μm)	Cao	Máy CNC, Dụng cụ đo chính xác	Xung kỹ thuật số, Tín hiệu tương tự	Trong nhà, Môi trường kiểm soát	LS 487, LB 302C, LC 483, LC 185, LC 193M
Bộ mã hóa quang học (Optical encoder)	Rất cao (lên đến 20.000 CPR)	Rất cao	Sản xuất bán dẫn, Thiết bị phòng thí nghiệm	Xung kỹ thuật số, Tín hiệu tương tự	Sạch, Môi trường kiểm soát
Bộ mã hóa từ tính (Magnetic encoder)	Trung bình (lên đến 1.024 CPR)	Trung bình đến cao	Ô tô, Máy móc hạng nặng, Thiết bị ngoài trời	Xung kỹ thuật số, Tín hiệu tương tự	Khắc nghiệt, Môi trường ngoài trời

6. Những thông số kỹ thuật cần quan tâm khi mua encoder

Sau khi phân biệt và nắm được đặc tính của từng bộ mã hóa, bạn cần lưu ý 1 số thông số kỹ thuật để chọn mua đúng loại encoder phù hợp với nhu cầu sử dụng.

• Đường kính trục: Đường kính trục từ 5~50mm

• Dạng trục: Dạng trục âm (lõm) hoặc trục dương (lồi)

• Độ phân giải (số xung): Tương ứng số tín hiệu encoder đếm được khi quay 1 vòng. Số xung dùng cho thang máy thường là 1024p/r, chế tạo máy tầm 360p/r, 1000p/r. Ngoài ra còn có các xung lên đến 6000p/r hoặc 6pr.

• Điện áp: Chọn nguồn cấp chính xác để đề phòng làm cháy encoder trong quá trình lắp đặt rồi phải thay thế cả con. Nếu bộ mã hóa có dãy điện áp: 5-24V thì rất dễ. Tuy nhiên với một số encoder trục lớn: 30-40mm, encoder theo máy sẽ thường gặp điện áp xác định: 5V, 12V hoặc 15V.

7. Nên mua encoder từ thương hiệu nào?

Encoder đến từ thương hiệu HeidenHain là lựa chọn ưu tiên hàng đầu mà AMS đề xuất cho bạn. Chúng tôi hiểu rằng hiện nay có rất nhiều đơn vị phân phối các dòng sản phẩm encoder khác nhau. Tuy nhiên phải có lý do để chúng tôi đề xuất sản phẩm thuộc thương hiệu này đến quý đối tác, khách hàng:

Heidenhain là một thương hiệu uy tín lâu đời của Đức, Đức là “quê hương” của các nhà máy sản xuất máy móc và thiết bị công nghiệp cơ khí hoạt động tốt nhất châu Âu với doanh số kỷ lục 260 Tỷ euro năm 2021. Nằm giữa cái nôi triển vọng của một kỷ nguyên bùng nổ về sản xuất, công nghệ cao, Heidenhain đã có lịch sử trải qua hàng chục thập kỷ để cho ra đời các sản phẩm bền vững, chất lượng, xứng tầm uy tín thương hiệu, đặc sắc là các dòng sản phẩm rotary encoders và linear encoders.

AMS tự hào khi trở thành nhà phân phối độc quyền cho Heidenhain tại Việt Nam với tuyên ngôn mang đến những giải pháp sản xuất tiên tiến cho các đối tác khách hàng. Ngoài thấu hiểu đối tác mong muốn sở hữu sản phẩm chất lượng cao, AMS còn có ưu điểm trong việc đưa ra các tư vấn phù hợp với từng vấn đề rất cá nhân hóa về khía cạnh kỹ thuật, chính sách mua hàng, giao hàng và chăm sóc khách hàng.

Liên hệ AMS để nhận tư vấn chi tiết về thông tin sản phẩm Encoder ngay hôm nay!

>> Xem thêm: AMS phân phối đa dạng các sản phẩm Heidenhain

8. Kết luận

Bộ mã hóa đã trở thành linh kiện quen thuộc trong ngành công nghiệp cơ khí chính xác. Thông qua bài viết, AMS hy vọng quý đối tác, khách hàng sẽ nhận được các thông tin hữu ích và có giá trị chứa đựng những gì bạn đang tìm kiếm. Hãy tiếp tục theo dõi chúng tôi để cập nhật những tin tức mới nhất, những kiến thức kỹ thuật hữu ích trong ngành cơ khí chính xác và phục vụ cho lĩnh vực sản xuất phát triển mạnh mẽ hơn!

Công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Kỹ thuật A.M.S
243/9/10D Tô Hiến Thành, phường 13, quận 10
Hot line: 028.3868 3738/3903 - Fax: 028.3868 3797