الفرق بين المشفر المطلق (Absolute encoders) المشفر التزايدي (Incremental encoders)

الفرق بين المشفر المطلق (Absolute encoders) والمشفر التزايدي (Incremental encoders)

سنناقش في هذه المقالة الأنواع المختلفة للمشفّرات(encoders)، وما المشفّر المناسب لكلّ مهمّة.

أنواع وتقنيات التشفير

هناك عدّة أنواع للمشفّرات تنتمي بشكل أساسيّ إلى نوعَين أساسيَين من تقنيات التحسّس وهما:

  • الخطّيّة (Linear).
  • الدورانيّة (Rotary).

ضمن هاتين الفئتَين يوجد أنواع مختلفة من المشفّرات، مثل:

  • المطلق (Absolute)
  • التزايدي(Incremental)

هناك كذلك تقنيّات كهروميكانيكيّة مختلفة، مثل:

  • المغناطيسيّة (Magnetic)
  • الضّوئيّة (Optical)
  • التّحريضيّة (Inductive)
  • السّعويّة (Capacitive)
  • الليزريّة (Laser)

رغم كثرة المعلومات عن المشفّرات مازال من الصّعب على الكثير فهمها، لكنّنا سنستعرض بعض الأساسيّات التي ستساعدك في فهم المصطلحات مثل: خطّيّ، دورانيّ، مغناطيسيّ، مُطلق، وتزايديّ.

أنواع وتقنيات التّشفير
أنواع وتقنيات التّشفير
  • المشفّر الخطّيّ (Linear Encoder)

بدايةً، يَستخدِم المشفّر الخطّيّ محوّل إشارة (transducer) لقياس المسافة بين نقطتَين. وتَستخدم هذه المشفّرات قضيباً أو كابلاً يصل بين محوّل الإشارة الخاصّ بالمشفّر والجسم المراد قياس حركته.
مع تحرّك الجسم تُشكِّل بيانات المحوّل التي جُمعَت عبر القضيب أو الكابل إشارة الخَرْج الخطّيّة المعبّرة عن حركة هذا الجسم.
ويَستخدم المشفّر الخطّيّ معلومات قياس المسافة لتحديد مكان الجسم.

المشفر الخطي
المشفر الخطي

يستخدَم المشفر الخطيّ في ماكينات ال CNC، التي تتطلَّب قياسات دقيقة للحركة من أجل دقّة في التّصنيع.
يمكن أن تكون المشفّرات الخطّيّة مُطلَقة أو تزايديّة. وسنتطرّق حول المشفرات المطلقة والتزايديّة لاحقاً في هذا المقال.

المشفّر الخطّيّ المطلق والتزايديّ
المشفّر الخطّيّ المطلق والتزايديّ

يجمع المشفّر الدورانيّ البيانات ويقدِّم تغذية راجعة للنظام بالاعتماد على دوران الجسم.
تُدعى المشفّرات الدورانيّة أحيانًا بـ (Shaft Encoders)، ويستطيع هذا النّوع من المشفّرات تحويل الموضع الزّاويّ أو حركة الجسم المعتمدِة على دوران محور المحرّك تبعاً لنوع القياس المستخدَم.

المشفّر الدورانيّ
المشفّر الدورانيّ

تستطيع المشفّرات الدورانيّة المطلقة قياس المواضِع الزاويّة، بينما تقيس المشفّرات الدّورانيّة التزايديّة أشياء كالمسافة والسّرعة والموضع.
يُستخدَم المشفّر الدورانيّ في مجال واسع ومتنوّع من التطبيقات، مثل أجهزة إدخال الكمبيوتر كالفأرة وكرات التتبّع وكذلك الروبوتات.
وكما ذُكِر سابقاً، يمكن أن تكون المشفّرات الدّورانيّة مُطلقة أو تزايديّة.

المشفّرات الدّورانيّة المطلقة والتزايديّة
المشفّرات الدّورانيّة المطلقة والتزايديّة
  • المشفّر الموضعيّ (Position Encoder)

يُستخدَم المشفّر الموضعيّ في تحديد الموضع الميكانيكيّ للجسم، وهذا الموضع الميكانيكيّ هو “الموضع المُطلَق”.
يمكن استخدامه أيضاً لتحديد التغيّر في الموضع بين المشفّر والجسم.
سيكون التغيّر في الموضع بين المشفّر والجسم تغيّراً تزايديًّا.
تُستخدَم المشفّرات الموضعيّة بشكل واسع في المجال الصناعيّ ؛ لاستشعار موضع الأدوات و المواقع متعدّدة المحاور.
يمكن أن يكون المشفّر الموضعيّ تامّ أو تزايديّ.

المشفّر الموضعي
المشفّر الموضعي
  • المشفّر البصريّ (Optical Encoder)

-المشفّرات البصريّة تتعامل مع البيانات على شكل نبضات ضوئيّة تُستخدَم لتحديد الموضِع والاتّجاه والسّرعة.

-يدوِّر المحور القرص المخطّط بنمط معيّن.

-تحدِّد هذه المشفّرات حركة الجسم في التطبيقات الدورانيّة أو ذات المحور، بينما تحدِّد ا-لموضِع الدّقيق في الوظائف الخطّيّة.

-تُستخدَم المشفّرات البصريّة في تطبيقات مختلفة كالطّابعات، وماكينات CNC، والروبوتات.

نكرّر أنّ هذه المشفّرات يمكن أن تكون مُطلَقة أو تزايديّة.

المشفّر البصري
المشفّر البصري

بعد شرح المجموعة الأساسيّة أصبح بإمكانك التمييز بين كلّ نوع.
كلّ المشفّرات تقوم بشكل أساسيّ بنفس العمل، تُنتِج إشارة كهربائيّة تُتَرجَم بَعدها إلى موضع أو زاوية أو سرعة أو غير ذلك.

مقارنة بين التشفير المطلق والتشفير التزايديّ

لمناقشة الاختلاف بين القياسات المُطلقة والتزايديّة سنستخدم المشفّر الدورانيّ كمثال.
في المشفر الدورانيّ التامّ يُستخدَم قرص ذو فتحات مثبّت على محور مع جهاز ثابت  (pickup device).
عندما يدور المحور يَنتُج نمط ترميز فريد، هذا يعني أنّ كلّ موضع للعمود سيعطي نمطاً معيناً، ويُستخدَم هذا النمط لتحديد الموضع بدقّة.
إذا فُصِل المشفّر عن التغذية وكان المحور يدور عند استئناف التغذية سيسجِّل المشفّر الموضع التامّ كما هو مبيَّن من خلال الرمز الذي يولّده القرص ويستقبله (pickup device).
يفضَّل هذا النوع من القياس في التطبيقات التي تتطلّب درجة عالية من الدّقّة، مثلاً عندما تكون السلامة موضع اهتمام رئيسيّ، لأنّ المشفّر يحدّد موضعه الدقيق في أيّ وقت بالاعتماد على الرمز الفريد المعطَى.

آليّة عمل المشفّر التام
آليّة عمل المشفّر التام

يمكن أن تكون المشفّرات المطلقة بدورة واحدة، أو متعدّدة الأدوار.
تُستخدَم مشفّرات الدورة الواحدة لقياس المسافة القصيرة، بينما تعدّ المشفّرات متعدّدة الأدوار أكثر ملاءمةً للمسافات الطويلة ومتطلّبات التموضع الأكثر تعقيداً.

مشفّرات الدورة الواحدة والمشفّرات متعدّدة الأدوار
مشفّرات الدورة الواحدة والمشفّرات متعدّدة الأدوار

أما في المشفّرات التزايدية تَنتُج إشارة خرج في كلّ مرّة يدور فيها المحور بمقدار معيّن، تفسَّر هذه الإشارة لاحقاً حسب عدد الإشارات في كلّ دورة حول محور العمود.
يبدأ المشفّر التزايديّ العدّ من الصفر عند البدء، وعلى عكس المشفّر المُطلق لا يوجد ضوابط لتحديد الموضع.
ولأنّ المشفّر التزايدي يبدأ العدّ من الصفر في حال بدء التشغيل أو في حال انقطاعه، فلا بدّ من تحديد نقطة مرجعيّة لكلّ مرّة عند تحديد الموضع.

التشفير في تطبيقات العدّ

في المقال السابق كان المثال المُستَخدَم عند وصف استعمال المشفّرات لأغراض العدّ مثالاً عن المشفّر التزايديّ.
افترض انقطاع التغذية وعليك تشغيل الناقل ووضع الآلة في حالة التهيئة.
أثناء دوران المشفّر يتلقّى المتحكّم إحصائيّات العدّ، ولنقل أنّ مجال العدّ يتراوح من 0 إلى 10000.
هذا هو المشفّر التزايديّ، وبالتالي الموضع المُطلق غير معروف، المعلوم فقط هو أنّ الدورة الكاملة للمحور تسجِّل تعداد 10000.
سنضع الجسم على الناقل وبمجرّد أن يكتشف حسّاس البصريّ الجسم يتمّ تسجيل العدد من المشفّر، ولنقل أنّه 5232.
سنبدأ بالتعداد من نقطة اكتشاف الحسّاس للجسم حتى إعادة التقاطه عند المخرج، ولنقل أنّ العدد هو 6311. إذاً لتحديد التعداد الكامل للانتقال سنطرح 5232 من 6311 فيكون انتقال الجسم مساوياً لـ1079 عدَّة.
من المثال يتّضح أنّنا لا نعلم موضع الجسم التامّ، نعلم فقط أنّ التعداد من المدخل للمخرج هو 1097.
وهذا لا يخبرنا أنّ الجسم على بعد 3 إنش من المخرج ليدخل بعدها، وهكذا.
في حال لم نلحظ نقطة خروج الجسم ضمن مجال التعداد المسموح به ستتعطّل الآلة وتتوقف العمليّة.

آلية تحديد التعداد الكامل للانتقال من المدخل للمخرج
آلية تحديد التعداد الكامل للانتقال من المدخل للمخرج

هناك العديد والعديد من الاختلافات بين المشفّرات، ويمكننا إمضاء ساعات في الشرح عن هذه الأنواع المختلفة.
نأمل أن نكون قد منحناك فهماً أساسياًّ عن تلك الأنواع، وأوقات تفضيل اختيار نوع على آخر.


المصدر:هنا
ترجمة: سلام أحمد, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: رنيم العلي, تصميم: علي العلي , تحرير: قحطان غانم

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *