في مجال الإلكترونيات، يتردد مصطلح “التربيع” بكثرة في سياقات متنوعة، مثل مشفر التربيع ومعالجة إشارات التربيع. ولكن ما هو “التربيع” وما وظيفته؟ يشرح المحتوى التالي معنى “التربيع” وما هو مشفر التربيع.
المشفر الصناعي عبارة عن مستشعر دوار يحول الإزاحة الدورانية إلى سلسلة من إشارات النبضات الرقمية. يمكن استخدام هذه النبضات للتحكم في الإزاحة الزاوية. وإذا تم دمج المشفر مع شريط التروس أو البرغي، فيمكن استخدامه أيضًا لقياس الإزاحة الخطية.
تاريخ التربيع
على الرغم من أن مصطلح “التربيع” يُستخدم على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات، إلا أنه في الواقع مصطلح يعود أصله إلى اليونان القديمة. حاول علماء الرياضيات آنذاك نمذجة المنطقة المنحنية باستخدام المربعات. ورغم أن هذه الطريقة بدائية مقارنةً بحسابات التكامل والنسبة التقريبية (π) الحالية، إلا أن جميع الأجسام في حياتنا تتكون من عدد لا يُحصى من المربعات الصغيرة، حتى الأجسام المنحنية. يستطيع مُشفِّر التربيع الدوراني تحليل الدوران المجهول إلى نبضات موجية مربعة عند تنفيذ المهام.
مشفر تربيعي دوار وخطي
في مُشفِّر محرك فانوك، تعني الإشارة التربيعية استقبال إشارتين مربعتين تُشيران إلى الحركة والاتجاه بفارق طور 90 درجة أو ربع دورة. لذا، فهي إشارة مربعة. يمكن توليد هذه الإشارات بواسطة الضوء أو التلامس الفيزيائي. في المُشفِّر البصري الدوراني، تُرتَّب أقراص مزودة بنوافذ إشارة على فترات منتظمة، ويمر الضوء عبر هذه النوافذ. عندما يكون المستشعر مُعرَّضًا لمنطقة النافذة، يكون خرجه عاليًا، وإلا يكون منخفضًا.
بهذه الطريقة، يُمكن لمشفّر مغزل فانوك إخراج إشارات مختلفة. عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، عندما يُجري أحد المستشعرات تحويلًا مُحددًا، يكون المستشعر الآخر في حالة معروفة. على سبيل المثال، عندما ينتقل المستشعر A من حالة عالية إلى حالة منخفضة عند 180 درجة، يُشير المستشعر B إلى حالة منخفضة عند الدوران باتجاه عقارب الساعة. في المقابل، إذا انتقل المستشعر A من حالة عالية إلى حالة منخفضة وكان المستشعر B يُشير إلى حالة عالية بالفعل، فمن الواضح أن العجلة تدور عكس اتجاه عقارب الساعة.
يمكن قياس مسافة دوران الحركة عن طريق النبضات على قناة واحدة. تستخدم مشفرات فانوك المطلقة عادةً قيمة النبضة لكل دورة (PPR). مع ذلك، وبضبط مناسب، يمكن لمشفر النبضات من فانوك قياس تحويل قناتين من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض، ومن مستوى منخفض إلى مستوى عالٍ. وبهذه الطريقة، يمكن أن تصل دقة قياس النبضات على قناة واحدة إلى أربعة أضعاف..
تجدر الإشارة إلى أن 360 درجة لا تمثل زاوية الدوران الكاملة للعجلة، بل تمثل عدة أوضاع تشغيل وإيقاف منفصلة تحدث عادةً خلال دورة الدوران الكاملة. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ فرق الطور البالغ 90 درجة مهمًا هنا. فإذا كان فرق طور المستشعر 180 درجة، فسيعمل المستشعران على التحويل في الوقت نفسه، مما يؤدي إلى حالة من عدم اليقين في عملية التحويل، وبالتالي نتائج خاطئة..
بدلاً من ذلك، تستخدم بعض أجهزة التشفير الأصلية نمط إزاحة للنوافذ بين المستشعرين، بدلاً من ترتيب إزاحة المستشعر الموضح هنا. يشبه هيكل جهاز التشفير التربيعي الخطي هذه الطريقة، لكن نافذة المستشعر خطية، وذلك لتحديد مسافة القيادة اللازمة لمراقبة موضع الجسم.
