Enkodery

e enkodery zawierają izolowaną metalową tarczę sztywno połączoną z wałem, w której wykonano szereg koncentrycznych otworów. Do tarczy dociskane są styki ślizgowe, z których każdy umieszczony jest w innej odległości od osi wału. Podczas obrotu tarczy część styków dotyka powierzchni metalowej, a pozostałe wpadają w otwory. Tarcza połączona jest ze źródłem prądu, natomiast każdy styk – z oddzielnym czujnikiem elektrycznym. Wzór metalowych ścieżek zaprojektowano tak, aby każda możliwa pozycja wału generowała jednoznaczny kod binarny: gdy styk dotyka metalu, przepływ prądu oznacza „1”, natomiast brak sygnału, spowodowany wpadnięciem styku w otwór, odpowiada „0”.

Ze względu na zużycie styków szczotkowych, tego typu enkodery są obecnie rzadko stosowane. Spotyka się je jedynie w urządzeniach o niskiej prędkości pracy, na przykład w manualnych regulatorach głośności stosowanych w radiach samochodowych.

Tarcza enkodera optycznego wykonana jest ze szkła lub tworzywa sztucznego i zawiera naprzemiennie przezroczyste oraz nieprzepuszczające światła obszary. Źródło światła wraz z układem fotodetektorów odczytuje powstający w ten sposób wzór optyczny, zależny od aktualnego położenia tarczy. Do zapisu wzoru najczęściej stosuje się kod Graya, który może być interpretowany przez układ sterujący, np. mikroprocesor lub mikrokontroler. Uzyskana wartość odpowiada kątowi obrotu wału.

Enkodery magnetyczne wykorzystują układ biegunów magnetycznych do odwzorowania pozycji enkodera, którą odczytuje czujnik magnetyczny – np. oparty na efekcie Halla. Czujnik rejestruje położenie poszczególnych biegunów, a uzyskany sygnał może być następnie przetwarzany przez mikrokontrolery w celu określenia kąta, podobnie jak w przypadku enkoderów optycznych.

Ze względu na sposób rejestrowania zjawisk magnetycznych, enkodery tego typu sprawdzają się dobrze w warunkach, w których inne rozwiązania mogą zawodzić z powodu obecności pyłu czy zabrudzeń. Dodatkowo są one stosunkowo odporne na wibracje, niewielkie błędy w osiowaniu oraz wstrząsy.

Wbudowane enkodery impulsowe stosuje się do pomiaru kąta obrotu wału silnika w silnikach bezszczotkowych z magnesami trwałymi. Spotyka się je powszechnie w obrabiarkach CNC, robotach oraz innych urządzeniach przemysłowych. W takich zastosowaniach enkoder pełni funkcję układu sprzężenia zwrotnego, odgrywając kluczową rolę w prawidłowej pracy systemu. Silniki bezszczotkowe wymagają elektronicznej komutacji, która często jest częściowo realizowana poprzez wykorzystanie magnesów wirnika jako przetworników absolutnych o niskiej rozdzielczości. Uzyskany w ten sposób kąt obrotu przekazywany jest do serwonapędu, aby w każdej chwili możliwe było właściwe zasilenie odpowiedniego uzwojenia stojana.

W pojemnościowym enkoderze absolutnym obracana jest asymetrycznie ukształtowana tarcza umieszczona wewnątrz urządzenia. Jej ruch powoduje zmianę pojemności między dwiema elektrodami, co następnie jest mierzone i przeliczane na wartość kąta.

Enkoder wieloobrotowy umożliwia rejestrację oraz zapamiętywanie więcej niż jednego pełnego obrotu. Pojęcie enkodera absolutnego wieloobrotowego oznacza, że urządzenie zlicza ruchy wału nawet wtedy, gdy nie jest zasilane z zewnętrznego źródła energii.

Wieloobrotowe enkodery bateryjne wykorzystują wbudowaną baterię do podtrzymywania liczników podczas przerw w zasilaniu.

Wieloobrotowe enkodery z przekładnią zapisują liczbę obrotów w sposób mechaniczny, za pomocą układu kół zębatych. Pozycja poszczególnych zębatek jest odczytywana przy użyciu jednej z wcześniej opisanych technologii.

Wieloobrotowe enkodery zasilane własną energią działają na zasadzie tzw. energy harvesting, czyli pozyskiwania energii z ruchu wału. Wprowadzone w 2007 roku rozwiązanie wykorzystuje czujnik Wieganda do generowania prądu wystarczającego do zasilania enkodera oraz zapisu liczby obrotów w pamięci nieulotnej.