Bộ mã hóa tuyệt đối là gì và khi nào nên sử dụng chúng

Bộ mã hóa tuyệt đối là các thiết bị phản hồi cung cấp thông tin về tốc độ và vị trí bằng cách xuất ra một từ số học hoặc bit liên quan đến chuyển động. Khác với các bộ mã hóa gia tăng, thường xuất ra một chuỗi xung liên tục, bộ mã hóa tuyệt đối xuất ra các từ hoặc bit duy nhất cho mỗi vị trí.

Bộ mã hóa tuyệt đối là gì?

Nhờ việc xuất ra một từ số học hoặc bit thay vì một chuỗi xung, các bộ mã hóa quay tuyệt đối mang lại nhiều lợi ích:

• Độ phân giải tổng thể cao hơn so với các bộ mã hóa gia tăng.
• Hiệu suất khởi động tốt hơn nhờ thời gian định vị (hoặc vị trí ban đầu) thấp.
• Phát hiện chuyển động chính xác trên nhiều trục.
• Nhiều giao thức đầu ra để tích hợp điện tử tốt hơn.
• Khả năng phục hồi tốt hơn từ các sự cố hệ thống hoặc mất điện.

Các loại bộ mã hóa tuyệt đối

Bộ mã hóa tuyệt đối có thể được phân loại dựa trên công nghệ cảm biến của chúng (quang học hoặc từ tính) hoặc theo đầu ra qua nhiều vòng quay của trục động cơ (một vòng quay hoặc nhiều vòng quay).

Bộ mã hóa tuyệt đối quang học sử dụng đĩa mã với các đánh dấu và một đèn LED chiếu sáng qua đĩa mã. Khi đĩa quay cùng với trục động cơ, các thay đổi vị trí có thể được phát hiện.

Bộ mã hóa tuyệt đối từ tính thay thế các dấu hiệu quang học bằng các cực từ và đèn LED bằng một mảng cảm biến từ tính.

Dù tất cả các bộ mã hóa quay tuyệt đối đều cung cấp phản hồi dựa trên sự quay của trục (vị trí của bộ mã hóa trong phạm vi 360 độ hoặc một vòng quay), các ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu biết bộ mã hóa đã thực hiện bao nhiêu vòng quay hoàn chỉnh hoặc nhiều vòng quay. Các bộ mã hóa tuyệt đối nhiều vòng quay cung cấp phản hồi bổ sung về số lượng vòng quay 360 độ.

Cách Bộ Mã Hóa Tuyệt Đối Hoạt Động

Bộ mã hóa quay tuyệt đối xác định vị trí của nó bằng cách sử dụng một điểm tham chiếu tĩnh. Phương pháp này có sự khác biệt nhỏ tùy thuộc vào việc bộ mã hóa quay tuyệt đối là quang học hay từ tính, nhưng nguyên tắc cơ bản là giống nhau.

Bộ mã hóa tuyệt đối hoạt động bằng cách xuất ra một từ số học hoặc bit khi trục quay. Có hai đĩa, cả hai đều có các vòng đồng tâm với các dấu hiệu lệch. Một đĩa gắn cố định vào trục trung tâm; đĩa còn lại di chuyển tự do. Khi đĩa quay, các dấu hiệu dọc theo quỹ đạo của bộ mã hóa tuyệt đối thay đổi vị trí trên đĩa cố định.

Mỗi cấu hình dọc theo đĩa của bộ mã hóa quay tuyệt đối đại diện cho một mã nhị phân duy nhất. Việc nhìn vào mã nhị phân bên trong bộ mã hóa quay tuyệt đối sẽ xác định vị trí tuyệt đối của vật thể. Đối với các bộ mã hóa tuyệt đối quang học, dấu hiệu là một lỗ cho phép ánh sáng đi qua. Đối với các bộ mã hóa tuyệt đối từ tính, các dấu hiệu là một mảng cảm biến từ tính di chuyển qua nam châm và phát hiện vị trí của các cực từ.

Ưu Điểm Của Bộ Mã Hóa Tuyệt Đối

Bộ mã hóa tuyệt đối mang lại những ưu điểm độc đáo so với bộ mã hóa gia tăng. Chúng có một mã duy nhất cho mỗi vị trí của trục, nghĩa là chúng có thể cung cấp thông tin vị trí rất cụ thể vì không có hai vị trí nào trên một đường ray là giống hệt nhau.

Chúng đo lường vị trí thực tế bằng cách tạo ra một chuỗi các mã số học độc nhất đại diện cho vị trí thực tế của bộ mã hóa và do đó không cần điểm chỉ thị hay tham chiếu. Điều này cũng giúp bộ mã hóa tuyệt đối có lợi trong các ứng dụng khi việc trở về vị trí gốc có thể gặp vấn đề trong trường hợp mất điện.

Bộ mã hóa tuyệt đối cũng cung cấp các tùy chọn độ phân giải cao hơn so với bộ mã hóa gia tăng. Trong khi bộ mã hóa gia tăng phải thêm nhiều bước (increment) vào một đường ray trên đĩa mã và do đó bị giới hạn bởi kích thước vật lý của đĩa và số lượng xung có thể được giải mã so với tốc độ quay của bộ mã hóa (đáp ứng tần số), bộ mã hóa tuyệt đối thêm các đường ray bổ sung để đạt được độ phân giải cao hơn và không liên tục xuất ra một chuỗi xung.

Thay vào đó, chúng bị giới hạn bởi số lần mà bộ mã hóa được kiểm tra trong một khoảng thời gian mẫu nhất định của tốc độ truyền.

Các Lựa Chọn Thay Thế Cho Bộ Mã Hóa Quay Tuyệt Đối

Nếu đơn giản hóa hệ thống quan trọng hơn hiệu suất, có thể xem xét các lựa chọn thay thế cho bộ mã hóa tuyệt đối, bao gồm các bộ mã hóa gia tăng và các bộ giải mã (resolvers).

Bộ mã hóa gia tăng: Những thiết bị này đo lường sự thay đổi vị trí bằng cách xuất ra một chuỗi xung liên tục. Chúng thường đơn giản hơn và chi phí thấp hơn so với bộ mã hóa tuyệt đối, nhưng yêu cầu phải thiết lập lại hoặc định vị lại nếu xảy ra sự cố mất điện, vì chúng không lưu trữ thông tin vị trí tuyệt đối.

Bộ giải mã (Resolvers): Đây là các thiết bị cảm biến góc analog sử dụng nguyên lý cảm ứng để xác định vị trí và góc quay của trục. Chúng có khả năng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt và có độ tin cậy cao, nhưng thường yêu cầu hệ thống xử lý tín hiệu phức tạp hơn để chuyển đổi tín hiệu analog thành thông tin vị trí số học.

Bộ Mã Hóa Tuyệt Đối So Với Bộ Giải Mã (Resolvers)

Bộ giải mã (Resolvers) là những thiết bị cảm biến cơ-điện học tiền thân của bộ mã hóa, dựa trên công nghệ từ thời Thế Chiến II. Một dòng điện tạo ra một trường từ dọc theo một cuộn dây trung tâm. Có hai cuộn dây vuông góc với nhau; một cuộn dây cố định tại chỗ và cuộn dây còn lại di chuyển cùng với đối tượng. Những thay đổi trong cường độ và vị trí của hai trường từ tương tác cho phép bộ giải mã xác định chuyển động của đối tượng.

Ưu điểm của bộ giải mã là thiết kế đơn giản giúp nó hoạt động đáng tin cậy ngay cả trong các điều kiện khắc nghiệt, từ dải nhiệt độ lạnh và nóng đến tiếp xúc với bức xạ, và ngay cả sự can thiệp cơ học từ rung động và sốc.

Tuy nhiên, sự dễ chịu của bộ giải mã đối với cả gốc và lắp ráp ứng dụng đi kèm với nhược điểm là khả năng hoạt động trong các thiết kế ứng dụng phức tạp vì nó không thể cung cấp dữ liệu với độ chính xác cao. Khác với bộ mã hóa tuyệt đối, bộ giải mã chỉ xuất ra dữ liệu analog, điều này có thể yêu cầu điện tử chuyên biệt để kết nối.

Bộ Mã Hóa Tuyệt Đối So Với Bộ Mã Hóa Gia Tăng

Bộ mã hóa gia tăng xác định vị trí tương đối, chỉ xem xét sự khác biệt giữa các phép đo. Động cơ của bộ mã hóa phát ra các xung qua các kênh (gọi là quadrature), và các sự thay đổi trong các xung này cho biết chuyển động.

Ưu điểm của bộ mã hóa gia tăng là cung cấp phản hồi về tốc độ và khoảng cách rất tốt, và do có ít cảm biến tham gia, hệ thống trở nên đơn giản và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, bộ mã hóa gia tăng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và có thể mất độ phân giải ở tốc độ cao do hạn chế về tần số đầu ra. Chúng cũng chỉ cung cấp thông tin về sự thay đổi, vì vậy bộ mã hóa cần một thiết bị tham chiếu để tính toán chuyển động.

Bộ mã hóa tuyệt đối cung cấp thông tin về vị trí tuyệt đối của trục tại mỗi thời điểm cụ thể, không phụ thuộc vào các phép đo trước đó. Chúng cung cấp phản hồi chính xác hơn về vị trí, đặc biệt là trong các hệ thống cần trở về vị trí gốc sau khi bị mất điện hoặc gặp sự cố. Tuy nhiên, bộ mã hóa tuyệt đối thường phức tạp hơn và có chi phí cao hơn so với bộ mã hóa gia tăng.

Khi nào cần Sử Dụng Bộ Mã Hóa Tuyệt Đối

Bộ mã hóa quay tuyệt đối hiểu thông tin vị trí của chính nó mà không cần dựa vào các thiết bị điện tử bên ngoài để cung cấp một chỉ thị cơ bản cho vị trí của bộ mã hóa. Bộ mã hóa tuyệt đối cho phép các ứng dụng phụ thuộc vào định vị phi tuyến hoạt động mà không cần các thành phần bên ngoài bổ sung.

Trong thực tế, bộ mã hóa tuyệt đối cho phép các ứng dụng thực hiện công việc chính xác hơn, chẳng hạn như:

• Xác định định hướng nhiều trục cho các máy CNC dùng trong sản xuất linh kiện.
• Tự động xác định chiều cao của các giường kéo được sử dụng trong bệnh viện.
• Định vị chính xác nhiều thiết bị ổn định cho các phương tiện lớn như cần cẩu hoặc thang nâng.
• Điều khiển cửa tự động hoặc khu vực mà không cần công tắc giới hạn.
• Tiếp tục di chuyển robot một cách mượt mà ngay cả sau khi mất điện.

So với các bộ giải mã và bộ mã hóa gia tăng, điểm mạnh rõ rệt của bộ mã hóa tuyệt đối là độ chính xác về vị trí của nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể của ứng dụng.