Artımlı kodlayıcı

Artımlı kodlayıcı, cihaz hareket ettirildiğinde iki A ve B çıkış sinyalli darbeler veren, doğrusal veya döner elektromekanik bir cihazdır. "A" ve "B" sinyalleri birlikte hareketin hem oluşumunu hem de yönünü gösterir. Çoğu artımlı kodlayıcının ek bir çıkış sinyali vardır ve bu sinyal kodlayıcının belirli bir referans konumunda olduğunu gösteren, genelde "indeks" veya "Z" olarak adlandırılır. Ayrıca, bazı kodlayıcılar, yatak arızası veya sensör arızası gibi dahili arıza koşullarını gösteren bir durum çıkışı ("alarm") sağlar.

Mutlak kodlayıcı'dan farklı olarak, artımlı kodlayıcı mutlak konumu göstermez, yalnızca konumdaki değişiklikleri bildirir ve bildirilen her konum değişikliği için hareket yönü bildirir. Sonuç olarak, belirli bir anda mutlak konumu belirlemek için, kodlayıcı sinyallerini bir artımlı kodlayıcı arabirimine göndermek gerekir, bu da kodlayıcının mutlak konum değerini "izler" ve raporlar.

Artımlı kodlayıcılar konum değişikliklerini neredeyse anında bildirir, bu ise yüksek hızlı mekanizmaların hareketlerini neredeyse gerçek zamanlı olarak izlemelerine olanak tanır. Bu nedenle, artımlı kodlayıcılar, konum ve hız için hassas ölçüm ve kontrol gerektiren uygulamalarda kullanılır.

Dörtlü çıktılar
[[Dosya:Quadrature Diagram.svg|küçükresim|upright=1.36|Dördün içinde iki kare dalga. Hareket yönü, bu durumda negatif olan A-B faz farkının işareti ile gösterilir çünkü A, Byi takip eder.]]

Artımlı bir kodlayıcı (enkoder), A ve B çıkış sinyallerini üretmek için dörtlü kodlayıcı''' kullanır. A ve B çıkışlarından çıkan darbeler karesel olarak kodlanmıştır, yani artımlı kodlayıcı sabit bir hızda hareket ettiğinde, A ve B dalga biçimleri kare dalgadır ve A ve B arasında 90 derece faz farkı vardır.

Herhangi bir zamanda, "A" ve "B" sinyalleri arasındaki faz farkı kodlayıcının hareket yönüne bağlı olarak pozitif veya negatif olur. Döner kodlayıcıda faz farkı, cihaz tasarımına bağlı olarak saat yönünde dönüş için +90° ve saat yönünün tersine dönüş için -90° veya tam tersidir.A veya B çıkışındaki darbe frekansı, kodlayıcının hızıyla (konum değişim hızıyla) doğru orantılıdır; yüksek frekanslar hızlı hareketi, alçak frekanslar ise daha yavaş hızı gösterir. Kodlayıcı hareketsizken “A” ve “B” üzerinde statik, değişmeyen sinyaller verir.

Döner kodlayıcıda frekans, kodlayıcının mil dönüş hızını ve doğrusal kodlayıcılarda ise frekans doğrusal gidiş hızını verir.

Dörtlü kodlayıcı algılama mekanizmalarının kavramsal çizimleri

Çözünürlük
Artımlı bir kodlayıcının çözünürlüğü, ürettiği konum bilgi hassasiyetinin ölçüsüdür. Enkoder çözünürlüğü genelde birim yer değiştirme başına A (veya B) darbe sayısı veya eşdeğeri birim yer değiştirme başına A (veya B) kare dalga döngü sayısı cinsinden belirtilir. Döner kodlayıcılarda çözünürlük her devir başına düşen darbe sayısı (PPR) veya her devir devir başına düşen döngü sayısı (CPR) olarak belirtilirken, doğrusal kodlayıcı çözünürlüğü belirli bir doğrusal dönüş mesafesine karşılık gelen darbe sayısı cinsinden belirtilir (örneğin mm başına 1000 darbe gibi).

Bu, kodlayıcının algılayabileceği en küçük konum değişikliği kodlayıcının ölçüm çözünürlüğünün aksinedir. A veya B üzerindeki her sinyal kenarı algılanan bir konum değişikliğini gösterir. A (veya B) üzerindeki her kare dalga döngüsü dört sinyal kenarını kapsadığından ("A" yükselen, "B" yükselen, düşen "A" ve düşen "B"), kodlayıcının ölçüm çözünürlüğü tam bir A veya B çıktı döngüsü tarafından temsil edilen yer değiştirmenin dörtte birine eşittir. Örneğin 1000 darbe/mm doğrusal kodlayıcının 1 mm/ 1000 döngü= 1 μm döngü başına ölçüm çözünürlüğü vardır dolayısıyla bu kodlayıcının çözünürlüğü 1 μm/ 4 = 250 nm'dir.Simetri ve faz

Sabit hızda hareket ederken, ideal artımlı bir kodlayıcı A ve B arasında tam olarak 90°'lik bir faz farkıyla A ve B üzerinde tam kare dalgalar verir (yani darbeler tam olarak 180° genişliğindedir). Ancak gerçek kodlayıcılarda sensör kusurları nedeniyle darbe genişlikleri hiçbir zaman tam olarak 180° değildir ve faz farkı hiçbir zaman tam olarak 90° değildir. Ayrıca, A ve B darbe genişlikleri bir çevrimden diğerine (ve birbirine göre) değişir ve faz farkı her A ve B sinyal kenarında değişir. Sonuçta hem darbe genişliği hem de faz farkı bir dizi değer üzerinde değişir.

Herhangi bir kodlayıcı darbe genişliği ve faz farkı aralıkları sırasıyla "simetri" ve "faz" spesifikasyonları ile tanımlanır. Örneğin, simetrisi 180° ±25° olarak belirtilen bir kodlayıcıda, her çıkış darbesinin genişliğinin en az 155° ve en fazla 205° olması garanti edilir. Benzer şekilde, 90° ±20° olarak belirtilen faz ile her A veya B kenarındaki faz farkı en az 70° ve 110°'den fazla olmaz.

Sinyal türleri
Artımlı kodlayıcılar, çıkış sinyallerini sürmek (iletmek) için çeşitli elektronik devre tipleri kullanır ve üreticiler genellikle çeşitli sürücü tiplerinden herhangi biriyle belirli bir kodlayıcı modeli oluşturur. Çok bulunan sürücü tipleri açık toplayıcı (kollektör), mekanik, itme-çekme ve diferansiyel RS-422'dir.

Açık toplayıcı

Açık toplayıcı sürücüler çeşitli sinyal voltajlarında çalışır ve önemli çıkış akımını düşürürler. Bu özellikleri açık toplayıcı sürücüleri, doğrudan akım döngülerini, Optokuplörleri ve fiber optik vericileri sürmede yararlıdır.

Akım kaynağı olmadığından bir açık kollektör sürücüsünün çıkışı bir çekme direnci aracılığıyla pozitif bir DC gerilimine bağlanmalıdır. Bazı kodlayıcıların bu amaç için dahili dirençleri vardır; pull-up direnci olmayan diğerleri harici bir pull-up direncine gerek duyar. İkinci durumda, direnç gürültü bağışıklığını iyileştirmek için genelde kodlayıcı arabiriminin yakınına konulur.

Kodlayıcının yüksek seviyeli mantık sinyal voltajı, çekme direncine uygulanan voltajla belirlenir (şemada VOH), düşük seviye çıkış akımı ise sinyal voltajı ve yük direnci (çekme direnci dahil) ikilisince belirlenir. Sürücü düşük seviyeden yüksek mantık seviyesine geçtiğinde, yük direnci ve devre kapasitansı sinyalin yükseliş süresini uzatan alçak-geçiren filtre oluşturmak için birlikte çalışırlar ve böylece sürücünün maksimum frekans gücü sınırlanır. Bu yüzden, açık toplayıcı sürücüler kodlayıcı yüksek frekanslar vereceğinde genellikle kullanılmaz.

Mekanik işlemi

Mekanik (veya kontak) artımlı kodlayıcılar, doğrudan A ve B çıkış sinyallerini oluşturmak için kayan elektrik kontakları kullanır. Genelde, kontaklar kapalıyken sinyal toprağına elektriksel olarak bağlanır böylece çıkışlar düşük "sürülür", bu ise onları açık toplayıcı sürücülerin mekanik eşdeğeri yapar ve bu nedenle aynı sinyal koşullandırma gereksinimlerine tabidir (yani harici pull-up direnci).

Maksimum çıkış frekansı, açık toplayıcı çıkışlarını etkileyen aynı faktörlerle sınırlıdır ve kodlayıcı arayüzü tarafından filtrelenmesi gereken kontak sıçraması ve mekanik kontakların çalışma hızı ile sınırlandırılır. Bu yüzden bu mekanik kodlayıcılar yüksek frekans çalışması için uygun değildir. Ayrıca kontaklar normal çalışmada mekanik olarak aşınır ve bu cihaz ömrünü sınırlar. Mekanik kodlayıcılar dahili, aktif elektronikleri olmadığından nispeten ucuzdur. Bu özellikleri mekanik kodlayıcıları hafif görevler ve düşük frekanslı uygulamalar için uygun yapar.

İt-çek
İt-çek (Push-pull) çıkışları (örneğin Transistör–transistör mantığı, TTL) genellikle mantık devresine doğrudan arayüz için kullanılır. Bunlar, kodlayıcı ve arabirimin birbirine yakın yerleştirildiği (örneğin, baskılı devre iletkenleri veya kısa, korumalı kablo hatları aracılığıyla birbirine bağlı) ve ortak güç kaynağından güç alındığı böylece elektrik alanlarına, toprak döngülerine ve sinyalleri bozabilecek ve dolayısıyla konum izlemeyi bozabilecek veya daha da kötüsü kodlayıcı arayüzü'ne zarar verebilecek iletim hattı etkilerine maruz kalmanın önlendiği uygulamalar için çok uygundur.

Diferansiyel çifti

Diferansiyel RS-422 sinyalleme, genelde kodlayıcı yüksek frekanslar vereceğinde veya kodlayıcı arayüzünden uzakta bulunduğunda, veya kodlayıcı sinyallerinin elektrik alanlarına veya ortak mod voltajlarına maruz kalabileceği durumlarda, veya arayüzün kodlayıcı ile arayüz arasındaki bağlantı sorunlarını belirlemesi gerektiğinde tercih edilir. Bunun örnekleri arasında Koordinat ölçüm makineleri, CNC makineleri, endüstriyel robotikler, fabrika otomasyonu ve uçak ve uzay gemisi simülatörlerinde kullanılan hareket platformları yer alır.

RS-422 çıkışları kullanıldığında, kodlayıcı her mantık çıkışı için bir diferansiyel iletken çifti sağlar; örneğin, "A" ve "/A", kodlayıcının "A" mantık çıkışını içeren aktif-yüksek ve aktif-düşük diferansiyel çifti için çok kullanılan tanımlamalardır. Sonuçta, kodlayıcı arayüzü, gelen RS-422 çiftlerini tek uçlu mantığa dönüştürmek için RS-422 hat alıcıları sağlamalıdır.

Ana uygulamalar

Konum takibi

Artımlı kodlayıcılar, mekanik cihazların fiziksel konumlarını izlemek için yaygın kullanılır. Artımlı kodlayıcı, izlenecek cihaza mekanik olarak bağlanmıştır, böylece cihaz hareket ettikçe çıkış sinyalleri değişir. Örnekler: Mekanik bilgisayar fareleri ve iztoplarının topları, elektronik ekipmandaki kontrol düğmeleri ve radar antenlerindeki dönen miller.

Artımlı bir kodlayıcı takip etmez ve çıkışları mevcut kodlayıcı konumunu göstermez; sadece konumdaki artımlı değişiklikleri bildirir. Sonuçta herhangi bir belirli anda kodlayıcının konumunu belirlemek için, konumu "izleyecek" harici elektronik devreler kullanmak gerekir. Artımlı kodlayıcı arabirimi olarak bilinen bu harici devre, artımlı konum değişikliklerini sayarak konumu izler.

Artımlı konum değişikliğinin her raporunu aldığından ("A" veya "B" sinyalinin geçişi ile gösterilir), enkoder arayüzü A ve B arasındaki faz ilişkisini dikkate alır ve faz farkının işaretine bağlı olarak yukarı veya aşağı sayar. Kümülatif "sayımların" değeri, izleme başladığından beri kat edilen mesafeyi gösterir. Bu mekanizma, çift yönlü uygulamalarda doğru konum takibi sağlar ve tek yönlü uygulamalarda AB kod geçişi yakınında titreşim veya mekanik titremeden kaynaklanacak yanlış sayımları önler.

Yer değiştirme birimleri
Çoğu zaman kodlayıcı sayıları metre, mil veya devir gibi birimlerle ifade edilmelidir. Bu gibi durumlarda, sayım başına  kodlayıcı yer değiştirme oranı  ile çarpılarak sayım istenen birime dönüştürülür:

 

Genelde bu hesaplama, artan kodlayıcı arayüzünden sayıları okuyan bir bilgisayar tarafından yapılır. Örneğin, hareketin milimetresi başına 8000 sayı üreten doğrusal bir artımlı kodlayıcı kullanıldığında milimetre cinsinden konum şu şekilde hesaplanır:
 

Yuvaya getirme (Homing)
Artımlı bir kodlayıcı arayüzünün mutlak konumu izlemesi ve raporlaması için kodlayıcının sayımları onun bağlı olduğu mekanik sistemdeki bir referans konumuyla ilişkilendirilmelidir. Bu genellikle, mekanik sistemin (ve kodlayıcının) bir referans konumu ile hizalanana kadar hareket ettirilmesi ve ardından ilgili mutlak konum sayımlarının kodlayıcı arabiriminin sayacına atanmasından oluşan sistemin yuvaya getirme (homing) işlemiyle yapılır.

Hedef aramayı kolaylaştırmak için bazı mekanik sistemlere mekanik sistem "yuva" (referans) konumundayken sinyal veren bir yakınlık sensörü yerleştirilir. Bu gibi durumlarda mekanik sistem kodlayıcı arayüzü sensör sinyalini alana kadar hareket ettirilerek bu konumun üzerine denk gelen konum değeri konum sayacına atanır.

Bazı dönen mekanik sistemlerde (örneğin dönen radar antenleri), ilgilenilen "konum", bir referans konumuna göre dönme açısıdır. Bunlar genelde indeks (veya Z'') çıkış sinyalli döner artımlı kodlayıcı kullanır. "İndeks" sinyali mil referans konumundayken verilir böylece kodlayıcı arayüzünün referans açısını konum sayacına atamasına neden olur.

Bazı artımlı kodlayıcı uygulamalarında referans konum dedektörleri yoktur ve bu yüzden başka yollarla hedef arama yapılmalıdır. Örneğin bilgisayar, fare veya iztopu işaretleme aygıtı kullanırken önyüklemede bir başlangıç ekran konumu varsayılarak aygıt yuvaya getirilir ve karşılık gelen sayılar X ve Y konum sayaçlarına atanır.

Elle çalıştırılan kontroller (örneğin, ses seviye kontrolü) olarak kullanılan pano kodlayıcılarda, ilk konum güç açıldığında ve konum sayacına atandığında ve güç kapatıldığında, flaş bellekten veya diğer kalıcı bellekten alınarak mevcut konum sayısı bir sonraki çalıştırma için başlangıç konumu olarak hizmet etmek üzere kalıcı belleğe kaydedilir.

Kaynakça 

Konum sensörleri
Hız sensörleri