ENCODER

ENCODER
BOOK

KING MONGKUT’S UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
NORTH BANGKOK

PHYSICS

สารบัญ 1

Encoder 2
2
เอน็ โค้ดเดอร์แบบเชิงเส้น (Linear Encoder) 4
Absolute Linear Encoder
Incremental Linear Encoder 5
เอน็ โค้ดเดอร์แบบหมุน (Rotary Encoder) 5
Absolute Rotary Encoder 6
Incremental Rotary Encoder

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

1

ENCODER

รปู ที่ 1 ลกั ษณะของ Encoder

เอน็ โคด้ เดอร์ (Encoder) เป็นเซนเซอร์ชนิดหน่ึง ท่ีสามารถนามาประยกุ ตใ์ ชใ้ นการวดั ตาแหน่ง
หรือระยะขจดั (Position or Displacement Sensor) มีอยดู่ ว้ ยกนั 2 ลกั ษณะ คือ เป็นแบบเชิงเส้น
(Linear Encoder) และเป็นแบบหมุน (Rotary Encoder) และในแต่ละลกั ษณะยงั แบ่งออกเป็น
สัญญาณเอาตพ์ ุตที่เกิดจากการวดั อยใู่ นรูปแบบเชิงตรรก (Digital coding signal) ซ่ึงจะเรียกเอน็
โคด้ เดอร์ในรูปแบบน้ีวา่ “Absolute Encoder” ส่วนอีกลกั ษณะหน่ึงจะเป็นท่ีใหส้ ัญญาณเอาตพ์ ุต
ที่เกิดจากการวดั อยใู่ นรูปของพลั ส์ (Pulse signal) ซ่ึงมกั จะถูกเรียกวา่ “Incremental Encoder”

รปู ท่ี 2 ลกั ษณะของ Linear Encoder รูปท่ี 3 ลักษณะของ Rotary Encoder

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

2

เอน็ โค้ดเดอร์แบบเชิงเส้น (Linear Encoder)

เอน็ โคด้ เดอร์แบบน้ีใชว้ ดั ตาแหน่งหรือวดั
ระยะทางในแนวท่ีเป็นเสน้ ตรงสญั ญาณเอาตพ์ ุตท่ี
เกิดจากการวดั มีสองรูปแบบ ดงั น้ี

1.Absolute Linear Encoder

2.Incremental Linear Encoder

รูปที่ 4 รูปร่างของ Linear Encoder

Absolute Linear Encoder

หลกั การทางานของเอน็ โคด้ เดอร์แบบน้ีดงั แสดงในรูป โดยจานวนแถบรหสั (Digital bits
coding) จะ ถูกกาหนดให้อยู่ในแนวเชิงเส้นของการเคล่ือนท่ี โดยมีหวั อ่านท่ีสร้างข้ึนจาก
เซ็นเซอร์แสง (Photo-detector) เท่ากบั จานวนแถบรหสั และเคล่ือนท่ีไปในแนวเส้นตรงของ

การเคล่ือนท่ี ทาการอ่านรหสั ในขณะท่ีเคลื่อนท่ีไป ขอ้ ดีของเอน็ โคด้ เดอร์แบบน้ี
ก็คือเม่ือเปิ ดเคร่ือง หัวอ่านจะรับรู้ถึงตาแหน่งที่ทาการวดั อยู่ในขณะน้นั ไดโ้ ดยทนั ที แต่มี
ขอ้ เสียท่ี ค่าความละเอียดท่ีถูกตอ้ งและแม่นยา จะข้ึนอยู่กบั จานวนแถบรหสั และสิ้นเปลือง
จานวน เซ็นเซอร์ท่ีตอ้ งใชใ้ นการอ่านรหสั ของทุกแถบ ซ่ึงทาไดย้ ากและมีราคาแพงและยากต่อ

การบารุงรักษา

รูปท่ี 5 โครงสร้างของ Absolute Linear Encoder
● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

3

เอน็ โค้ดเดอร์แบบเชิงเส้น (Linear Encoder)

Incremental Linear Encoder
หลักการทางานของเอ็นโค้ดเดอร์แบบน้ีดังแสดงในรูป แถบเส้นตรงเล็ก ๆ จะถูกวางใน
แนวต้งั ฉากกบั ทิศทางการเคล่ือนที่ โดยมีหวั อ่านสร้างข้ึนจากเซ็นเซอร์แสง 2 ตวั วางทามุมกนั ทา
ให้ในขณะท่ีหัวอ่าน เคล่ือนท่ีไป จะทาให้สัญญาณที่ออกมาทางเอาต์พุตในรูปแบบของพลั ส์
(Pulses) จะมีเฟสเย้ืองกนั 90 องศา ซ่ึงมีไวส้ าหรับตรวจสอบทิศทางการเคล่ือนท่ีของหวั อ่าน
นน่ั เอง ดงั น้นั ความละเอียดและแม่นยา จึงข้ึนอยกู่ บั จานวนเส้นตรงเลก็ ๆ ท่ีถูกวางในแนวต้งั ฉาก
กบั ทิศทางการเคล่ือนที่ ซ่ึงมกั จะบอกในรูปแบบของจานวนพลั ส์ที่ ไดต้ ่อระยะการเคล่ือนท่ี เช่น
25 Pulse/10 mm. เอน็ โคด้ เดอร์แบบน้ีจะใชห้ ลกั การนบั จานวนของแถบเสน้ ตรง เลก็ ๆ น้นั ดงั น้นั
การสร้างเอ็นโคเดอร์แบบน้ีจึงทาได้ง่าย ราคาถูกกว่าเอ็นโคด้ เดอร์แบบเชิงเส้น และตอ้ งการ
บารุงรักษานอ้ ยกวา่ แต่ขอ้ เสียของเอน็ โคด้ เดอร์ประเภทน้ีกค็ ือ ตอ้ งใชว้ งจรนบั ความเร็วสูง (High
Speed Counter) ทาการนบั แถบเส้นตรงเลก็ ๆ น้นั ถา้ ไฟดบั ขณะเคล่ือนที่ ค่าการนบั จะถูกลบไป
ทาใหไ้ ม่สามารถท่ี จะระบุตาแหน่งท่ีอยใู่ นขณะน้นั ได้ ด้งั น้นั เมื่อเร่ิมตน้ หวั อ่านจะถูกสั่งใหส้ ั่งให้
กลบั มาเริ่มตน้ ที่ตาแหน่งศนู ย์ (Zero) ของการเคลื่อนท่ีทุกคร้ัง เพื่อทาการรีเซ็ต (Reset) ค่าของการ
นับก่อนทุกคร้ังไป นอกจากน้ัน ยงั จะเกิด ค่าความคาดเคลื่อนสะสมที่เกิดการนับข้ึน-นับลง
ในขณะท่ีเคลื่อนท่ี ไป-มา ไดอ้ ีกดว้ ย

รูปที่ 6 โครงสร้างของ Incremental Linear Encoder

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

4

เอน็ โค้ดเดอร์แบบเชิงเส้น (Linear Encoder)

การนา Incremental Linear Encoder ไปใชง้ าน สามารถเขียนเป็นบลอ็ กไดอะแกรมไดด้ งั แสดงใน
รูปท่ี 7

รูปท่ี 7 บลอ็ กไดอะแกรมการนา Incremental Linear Encoder ไปใชง้ าน

จากรูปที่ 7 ระยะทางที่เคล่ือนที่ไปของหวั อ่านที่เกิดจาก Photo detector ในรูปที่ 3 จะถูก
ป้อนเขา้ มาทางดา้ นอินพุตของบลอ็ ก Incremental Linear Encoder ส่วนทางดา้ นเอา้ ทพ์ ุตของ
บล็อก จะเป็ นพลั ส์ท่ีเกิดข้ึน ซ่ึงอาจจะเป็ นพลั ส์ของ Channel A หรือ Channel B ดงั น้นั
คุณสมบตั ิการถ่ายโอนของ Incremental Linear Encoder จีงมีหน่วยเป็น จานวนพลั ส์/ระยะ
ทางการเคล่ือนท่ี โดยท่ีค่าความละเอียด (Resolution) ของการถ่ายโอนจะมีหน่วยเป็ น
มิลลิเมตร/พลั ส์ สัญญาณพลั ส์ท่ีได้ถูกทาการนับด้วยตวั นับความเร็วสูง (High Speed
Counter) ซ่ึงจานวนการนบั จะถูกตวั ประเมินค่า (Estimator) ออกมาเป็นสองความหมาย คือ
ตาแหน่ง (Position) ท่ีหัวอ่านอย่ใู นตาแหน่งน้นั และค่าความเร็ว (Speed) ที่หัวอ่านกาลงั
เคล่ือนท่ีไป

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

5

เอน็ โคด้ เดอร์แบบหมุน (Rotary Encoder)

ใช้วดั ตาแหน่งมุมท่ีเกิดจากแกนหมุนที่แกนเพลาของ
เอ็นโคด้ เดอร์ สัญญาณเอาต์พุตที่เกิดจากการวดั มีสอง
รูปแบบ ดงั น้ี

รูปที่ 8 รูปร่างของเอน็ โคด้ เดอร์แบบหมุน

Absolute Rotary Encoder
หลกั การทางานของเอน็ โคด้ เดอร์แบบน้ีดงั แสดงในรูป โดยจานวนแถบรหสั (Digital bits

coding) จะ ถูกกาหนดใหร้ อบซอ้ นกนั ในแนวของการ หมุนโดยมหี วั อ่านที่สร้างข้ึนจาก
เซ็นเซอร์แสง (Photo-detector) เท่ากบั จานวนแถบรหสั ทาการอ่านรหสั ในขณะท่ีเคลื่อนที่
ไป โดยหลกั การทางานจะคลา้ ยคลึงกนั กบั Absolute Linear Encoder โดยเปล่ียนจากทิศ
ทางการเคลื่อนที่เป็ นเชิงเส้นเป็ นการหมุน

รูปท่ี 9 โครงสร้างของเอน็ โคด้ เดอร์แบบหมนุ ชนิด Absolute Rotary Encoder

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

6

เอน็ โคด้ เดอร์แบบหมุน (Rotary Encoder)

Incremental Rotary Encoder
หลักการทางานของเอ็นโค้ดเดอร์แบบน้ีดังแสดงในรูป แถบเส้นตรงเล็ก ๆ จะถูกวางใน
แนวต้งั ฉากกบั ทิศทางการหมุน โดยมีหวั อ่านสร้างข้ึนจากเซ็นเซอร์แสง 2 ตวั วางทามุมกนั ทาให้
ในขณะท่ีจานหมุน (Rotary plate) หมุนไป จะทาใหส้ ัญญาณท่ีออกมาทางเอาตพ์ ุตในรูปแบบของ
พลั ส์ (Pulse) จะมีเฟสเย้อื งกนั 90 องศา ซ่ึงมีไวส้ าหรับตรวจสอบทิศทางการหมุนที่เพลาของเอน็
โค้ดเดอร์ ดังน้ันความละเอียดและแม่นยา จึงข้ึนอยู่กับ จานวนเส้นตรง เล็ก ๆ ที่ถูกวางใน
แนวต้ังฉากกับทิศทางการหมุน ซ่ึงมักจะบอกในรูปแบบของจานวน พัลส์ท่ีได้ต่อระยะการ
เคล่ือนท่ี เช่น 100 Pulse/rev โดยหลกั การทางานจะคลา้ ยคลึงกนั กบั Incremental Linear Encoder
โดยเปล่ียนจากทิศทางการเคล่ือนท่ีเป็ นเชิงเส้นเป็ นการหมุน

รูปที่ 10 โครงสร้างของเอน็ โคด้ เดอร์แบบหมุน ชนิด Incremental Rotary Encoder

จะเห็นว่าลกั ษณะของสัญญาณท่ีออกจากเอาต์พุตของเอ็นโคด้ เดอร์แบบหมุน และหลักการ
ทางานของ เอน็ โคด้ เดอร์ประเภทน้ี จะคลา้ ยคลึงกบั เอน็ โคด้ เดอร์แบบเชิงเสน้ เพียงแต่ต่างกนั ตรงท่ี
ขีดเส้นตรงเล็กๆ (Slit) ของเอน็ โคด้ เดอร์แบบเชิงเส้น จะถูกจดั วางในแนวที่ตอ้ งการตรวจวดั การ
เคล่ือนที่โดยมีหวั อ่านเคลื่อนที่ ไป-มาในทิศทางหรือตามแนวท่ีจดั วางไว้ ส่วนเอน็ โคด้ เดอร์แบบ
หมุน ขีดเส้นตรงเล็กๆ (Slit) จะถูกวางอยู่เป็ น วงรอบในลกั ษณะท่ีเป็ นวงกลม และถูกยึดเขา้ กบั
เพลา (Shaft) ในรูปแบบของจานหมุน โดยมีแหล่งกาเนิดแสง และตวั รับแสงถูกจดั ไวใ้ นรูปแบบ
การตรวจจบั แสงแบบส่งผ่านโดยตรง (True beam detection) ซ่ึงจะคอยตรวจสอบแสงท่ีผา่ นช่องที่
ถูกเจาะและยดึ เอาไว้ (Fixed Slit) และสามารถกาเนิดสัญญาณในรูปแบบของพลั ส์ ไดส้ องช่องเป็น
เฟส A และ เฟส B โดยมุมท่ีต่างเฟสกนั จะมีค่าเป็น 90 องศา เช่นเดียวกบั เอน็ โคด้ เดอร์แบบเชิงเสน้

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●

7

เอน็ โคด้ เดอร์แบบหมุน (Rotary Encoder)

ดงั น้นั การนา Incremental Rotary Encoder ไปใชง้ าน กจ็ ะคลา้ ยคลึงกนั และสามารถเขียนเป็น
บลอ็ กไดอะแกรมไดด้ งั แสดงในรูปที่ 11

รูปท่ี 11 โครงสร้างของเอน็ โคด้ เดอร์แบบหมนุ ชนิด Incremental Rotary Encoder

จากรูปท่ี 11 การหมุนไปของจานหมุนในลักษณะของมุม (Angular) จะถูกป้อนเข้ามา
ทางดา้ นอินพตุ ของบลอ็ ก Increment Rotary Encoder ส่วนทางดา้ นเอาตพ์ ุตของบลอ็ ก จะเป็น
พลั ส์ที่เกิดข้ึน ซ่ึงอาจจะ เป็นพลั ส์ของ Channel A หรือ Channel B ดงั น้นั คุณสมบตั ิการถ่าย
โอนของ Increment Rotary Encoder จึงมีหน่วยเป็น จานวนพลั ส์/องศา โดยที่ค่าความละเอียด
(Resolution) ของการถ่ายโอนจะมีหน่วยเป็นองศา/พลั ส์ สัญญาณพลั ส์ที่ไดถ้ ูกทาการนบั ดว้ ย
ตวั นบั ความเร็วสูง (High Speed Counter) ซ่ึงจานวน การนบั จะถูกตวั ประเมินค่า (Estimator)
ออกมาเป็นสองความหมาย คือตาแหน่ง(Position) หรือมุมท่ีหมุนไป อย่ทู ่ีตาแหน่งน้นั ๆ และ
ค่าของความเร็ว(Speed)ของจานท่ีหมุนไป

● PHYSICS PHUNTHUMITR ●