Sayısal kodlayıcılar hareketi dijital darbelere (puls) dönüştüren cihazlardır. Elde edilen bu dijital darbeler sayılarak ya da bit şeklinde okunarak hareketin hızını veya cismin o anki konumunu elde etmek mümkündür. Sayıcılar lineer ve döner olmak üzere gruplandırılabilir ancak en çok kullanılanı döner sayıcılardır. Döner sayıcılar iki temel formda üretilmektedirler. Bunlardan ilki mutlak kodlayıcı (absolute encoder), diğeri ise artımlı kodlayıcı (incremental encoder)’dır. Mutlak kodlayıcılarda o anda okunan değerler bit şeklinde değerlendirilerek pozisyonun ölçülmesinde kullanılır. Artımlı kodlayıcılar ise dönme hareketi sırasında darbeler üretir ve bu darbelerin sayılması ile hız bilgisi elde edilebilir.
Şekilde temel bir kodlayıcı görülmektedir. Bu kodlayıcı infrared ışığın üretilmesi ve üretilen ışığın diskteki saydam kısımlardan geçerek fototransistörleri bir konumuna geçirmesi ile çalışır. Burada iki farklı çember ile kesikli çizgiler arasında bir faz farkı oluşturulmuştur.
1. Mutlak Kodlayıcılar (Absolute Encoders)
Mutlak kodlayıcılar konumu ölçmek için kullanılan araçlardır. Bu işlem şekilde gösterildiği gibi bir diskin dijital bir kelime oluşturabilmesi için tasarlanarak gerçekleştirilir. Disk 360 derece açıda 4 bitlik bir okuma yapılıyorken 16 farklı pozisyonun ölçülmesine olanak sağlar.
Şekilde görülen 4 bitlik bir mutlak kodlayıcı ile 360/16=22.5 derece hassasiyet ile pozisyon ölçümü yapılabilmektedir. 0 numaralı durum incelendiğinde 4 bitin de sıfır olduğu, bir numaralı konuma geçildiğinde sıfırıncı bitin bir diğerlerinin sıfır olduğu ve onbeşinci bite gelindiğinde ise tüm bitlerin bir olduğu görülmektedir. Okunacak bu dijital değerler bir mikrokontrolörde değerlendirilerek pozisyon bilgisi derece cinsinden ifade edilebilir.
Mutlak kodlayıcılarda okuma işlemi iki farklı şekilde yapılabilmektedir. İlk yöntem binary kod ile okumadır. Burada klasik binary kodlarının desimal değerlere çevrilmesi ile pozisyon bilgisi elde edilme ktedir. İkinci yöntem ise grey kod ile okumaktır. Grey kodun oluşturulma sebebi binary koddaki geçişlerde bir defada birden fazla bitin durumunu değiştirmesinden kaynaklanabilecek okuma hatalarının önüne geçmektir. Grey kodda her defada yalnızca bir bit durumunu değiştirir.
Tabloda da görüldüğü üzere binary kod ile grey kodun arasındaki temel farklılık bir defada değişen bit sayısıdır. Grey kodlama düşük belirsizlik getirse de binary kodlama yöntemi direk arayüz kullanımında daha fazla tercih edilmektedir. Eğer ölçümler grey kodlama ile yapılacaksa sonuçlar bir XOR kapılarından oluşan devre ile ya da dijital ortamda binary koda çevirilerek kullanılabilir.
2. Artımlı Kodlayıcılar (Incremental Encoders)
Artımlı kodlayıcılar bağıl kodlayıcılar olarak da adlandırılırlar. Bir artımlı kodlayıcı üzeri eşit aralıklarla siyah ve saydam yapılmış diskten, bir infrared ışık kaynağından ve bir fototransistörden oluşur. Işık kaynağından gelen ışınlar diskin dönüşü sırasında saydam kısımlardan geçerek fototransistörün çıkışını bir durumuna getirir. Saydam olmayan kısımlarda çıkış sıfır olur ve bu bir turda disk üzereindeki yarık sayısına göre belirlenen bir frekansta darbe sinyali oluşturulmasını sağlar. Oluşturulan darbe sinyallari belli bir zaman için sayılarak diskin dönüş hızı belirlenebilir.
Artımlı kodlayıcılarda genellikle üç adet çıkış bulunmaktadır. Bunlar A, B, Z çıkışlarıdır. Bazı kodlayıcılarda A’ ve B’ çıkışları da bulunmaktadır. Bu çıkışlar hassas işlerde sayımın doğru yapıldığını kontrol etmeye yarar.
Bir artımlı kodlayıcıda kullanılan en önemli çıkışlar A ve B çıkışlarıdır. Bu çıkışlar aralarında 90 derecelik bir faz farklı olan kare dalga sinyali üretirler. Aralarındaki 90 derecelik faz farkı sayesinde diskin dönüş yönü tayin edilebilir. Bu saptamanın yapılabilmesi için aşağıda belirtildiği gibi bir örnekleme yapmak gerekir.
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi A ve B çıkışları disk saat yönünde dönerken 00, 01, 11 ve 10 çıkışlarını saat yönünün tersine dönerken ise 10, 11, 01 ve 00 çıkışlarını vermektedir. Bu sıralar kullanılarak yapılacak bir sorgulama çevrimi ile dönüş yönü belirlenebilir. Burada dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta ise örnekleme frekansıdır. Eğer disk örnekleme frekansının üzerinde bir frekansta dönerken ölçüm yaparsak arka arkaya 11 ve 11 değerlerini okumamız olasıdır. Bu durumda dönüş yönü tayin edilmez.
3. Sayısal Kodlayıcıların Kullanım Alanları
Sayısal kodlayıcılar endüstriden üretim sistemlerinde en sık kullanılan ölçüm aletleridir. Motorların şaftlarına yerleştirilerek servo motor üretiminde kullanılmaktadırlar. Bunun dışında CNC cihazlarda ölçüm elemanı olarak,
robotlarda uzuvlara yerleştirilip hız ve konum bilgisini sağlayan eleman olarak kullanılırlar. Artımlı kodlayıcılar endüktif servo motorlarda, mutlak kodlayıcılar ise sabit mıknatıslı fırçasız motorlarda kullanılırlar.
