1. Rotary EncoderAdalah sebuah alat electro mechanical yang mengkonvert gerakan atau posisi sudut sebuah shaft menjadi kode analog atau digital.Ada dua tipe utama rotary encoder :1. Absolute Encoder2. Incremental (relative) EncoderKeluaran dari absolute encoder adalah posisi actual dari shaft, yang dimana biasanya absolute encoder dijadikan tranduser sudut, sedangkan keluaran dari incremental encoder adalah penyedia informasi tentang gerakan dari shaft, yang dimana dapat diproses lebih lanjut menjadi kecepatan, jarak, dan posisi.Bagaimana cara encoding shaft position bekerja :ABSOLUTE ENCODERAbsolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin.

Gambar 3. Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoderKarena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Standard binary encoding

Diatas merupakan contoh rotary encoder 3 bit biner, encoder dapat membaca 8 posisi/keadaan, encoder membaca keadaan sudut actual pada shaft dengan memperoleh data dari disc di atas, cara encoder mendapatkan datanya adalah sebagai berikut, misalkan pada posisi awal encoder membaca contact 1 off contact 2 off dan contact 3 off, maka encoder membaca posisi shaft pada saat itu berada pada sudut 0 - 45, untuk mendapatkan pembacaan kode yang lebih teliti kita dapat memilih encoder dengan ketelitian lebih, yang dapat dilihat dari berapa bit biner si encoder itu bekerja. pembacaan sudut seterusnya dapat dilihat dari data table dibawah ini.

SectorContact 1Contact 2Contact 3Angle

0offoffoff0 to 45

1offoffON45 to 90

2offONoff90 to 135

3offONON135 to 180

4ONoffoff180 to 225

5ONoffON225 to 270

6ONONoff270 to 315

7ONONON315 to 360

Namun, metode ini memiliki beberapa kekurangan pembacaan data, misakan saja jika dics nya berhenti di 2 sector yang berdekatan, atau contactnya tidak terposisi dengan sempurna, akan sangat sulit bagi encoder untuk menentukan sudut dari shaft. Sebagai illustrasi masalah, misalkan saja apa yang terjadi ketika sudut shaft berganti pada posisi sudut 179.9ke 180.1(dari senctor 3 ke sector 4). Bedasarkan pada data table diatas, contact akan berganti dari keadaan off-on-on to on-off-off. Namun, hal ini tidaklah terjadi pada kenyataanya. Di dunia nyata, contact pada encoder tidak bias secara sempurna terposisikan, maka harus ada switching pada momen yang tidak bersamaan. Maka pada kenyataanya contact 1 menyala pertama, lalu diikuti oleh contact 3 dan contact 2. Berikut merupakan sekuen nyatanya :a. Off-on-on (posisi awal)b. On-on-on (pertama, contact 1 menyala)c. On-on-off (contact 3 mati)d. On-off-off (dan contact 2 mati) Bisa dilihat jika kita beracu pada sekuen coding diatas maka urutan sector yang akan terjadi ialah 3,7,6, lalu 4. Maka shaft akan meloncat dari sector 3 langsung ke 7 lalu ke 6 dan barulah ke 4. Dibeberapa situasi , hal ini sangat tidak diinginkan dana dapat menyebabkan kegagalan system. Sebagai contohnya, jika encoder dipakai dilengan robot, controller akan berfikir bahwa tangan berada pada posisi yang salah, dan mencoba untuk mengembalikan posisi lengan ke posisi yang seharusnya dengan membalikan lengan sebesar 180 , yang mungkin dapat merusak lengan itu sendiri.Gray EncodingMaka untuk menghindari hal diatas dibuatlah gray encoding yang dimana system ini hanya memiliki 1 bit perubahan disetiap langkahnya, dapat dilihat pada gambar dan table dibawah.

SectorContact 1Contact 2Contact 3 Angle

0OffOffOff0 to 45

1OffOffOn45 to 90

2OffOnOn90 to 135

3OffOnoff135to 180

4OnOnOff180 to 225

5OnOnOn225to 270

6OnOffOn270 to 315

7OnoffOff315 to 360

Dapat dilihat dari table atas, transisi dari sector 3 ke sector 4, seperti hal nya semua transisi hanya melibatkan 1 perubahan contact saja yang berganti dari on ke off atau sebalknya. Ini berarti sekuens akan hal yang tidak diinginkan seperti sebelumnya tidak akan terjadi.

INCREMENTAL ENCODERClockWise (CW) and CounterClockWise (CCW)

Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor yang disebut channel A dan B .Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur. Untuk mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading terhadap channel satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua channel tersebut akan selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal). Seringkali terdapat output channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran berguna untuk menghitung jumlah putaran yang terjadi.

susunan piringan untuk incremental encoderContoh pola diagram keluaran dari suatu incremental encoder ditunjukkan pada Gambar 8. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam, yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah satu sinya A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A = arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam, sebaliknya B = arah bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Contoh pola keluaran incremental encoder

output dan arah putaran pada resolusi yang berbeda-bedaPada incremental encoder, beberapa cara dapat digunakan untuk menentukan kecepatan yang diamati dari sinyal pulsa yang dihasilkan. Diantaranya adalahmenggunakan frequencymeter dan periodimeter.Cara yang sederhana untuk menentukan kecepatan dapat dengan frequencymeter, yakni menghitung jumlah pulsa dari encoder, n, pada selang waktu yang tetap, T, yang merupakan periode loop kecepatan .Apabila adalah sudut antara pulsa encoder, maka sudut putaran pada suatu periode adalah:

Sehingga kecepatan putar akan kita dapatkan sebagai:

Kelemahan yang muncul pada cara ini adalah pada setiap periode sudut fyang didapat merupakan kelipatan integer dari . Ini akan dapat menghasilkan quantification error pada kecepatan yang ingin diukur.

Sinyal keluaran encoder untuk pengukuran kecepatan dengan frequencymeter

2. Linear Variable Differential Transformer

LVDT atau (Linear Variable Differential Transformer) merupakan salah satu contoh sensor posisi, yang bekerja berdasarkan pada ada tidaknyamedanmagnet yang terjadi. LVDT pertama kali di kemukakan oleh G.B.hoadley. pertama kali digunakan untuk kepentingan militer. Pada tahun 1950an pengetahuan akan LVDT ini terus berkembang, hingga dapat digunakan dalam kepentingan industri.

PRINSIP KERJASecara singkat prinsip kerja dari LVDT adalah sebagai berikut :Arus bolak-balik AC mengalir melalui kumparan (coil) primer, sebagai akibat dari adanya tegangan eksitasi Eeks.Arus terinduksi melalui pasangan kumparan sekunder.Frekuensi arus AC yang terinduksi ini sama dengan frekuensi eksitasi. Namun, amplitudo arus yang terinduksi pada setiap kumparan sekunder tergantung dari posisi/lokasi batang inti (magnet) yang dapat berpindah/bergerak.Perubahan amplitudo akibat pergeseran batang inti ini kemudian di proses untuk melakukan indikasi terhadap peubahan posisi. sehingga dengan memanfaatkan konsep ini, LVDT dapat dibuat sebagai sensor.

3. Sensor Proximity

Induktif proximity sensorSensor pendeteksi logam tanpa sentuhan, sensor mengandung loop induksi. Sensor ini hanya mendeteksi benda ferro atau nonferro walaupun dihalangi oleh sesuatu selama masih dalam jarak bacanya sensor ini tetap akan mendeteksi, sensor ini memiliki circuit osilator (bagian pendeteksi) , dan sebuah output circuit termasuk switching device (transistor,thyristor), semuanya terbungkus oleh resin yang dikapsulkan. Fungsi dari bagian osilator tadi ialah sebagai coil induktansi yang menghasilkan medan magnet ketika sensor dialiri arus listrik dan memperpanjang medan magnet hingga ke permukaan pendeteksi dalam jarak tertentu. Ketika medan magnet terganggu, maka circuit output akan merespon dengan menutup atau membuka switch bergantung pada NO/NC nya proximity tersebut

Elements of a simple inductive sensor.1.Field sensor2.Oscillator3.Demodulator4.Flip-flop5.Output

Capacitive Proximity SensorSensor proximity kapasitif digunakan untuk mendeteksi benda yang memiliki kandungan dielektrik tinggi (air, oli, bahan bakar, gula, kertas) tanpa membutuhkan kontak fisik. Sensor ini kurang cocok untuk polystyrene dan zat zat dengan kerapatan rendah. Operasinya berbasis pada sebuah internal osilator dengan 2 plat elektroda kapasitif, yang diatur untuk merespon ketika suatu zat memasuki permukaan pendeteksi. Ketika benda terdeteksi, output bias saja close ke open atau open ke close bergantung pada NC/NO nya proximity tersebut.

Photoelektrik Proximity SensorFotoelektrik proximity sensor dapat mendeteksi hamper semua benda/zat tanpa sentuhan hingga jarak 10 meter. Photoelektrik sensor mengandung sumber cahaya (biasanya sebuah LED, light emitting diode, infrared, atau spectrum cahaya yang dapat dilihat), dan sebuah detector (photodiode). Bedasarkan intensitas tingginya energy tembak infrared, sensor ini memiliki lebih banyak keuntungan disbanding opto-elektronik system lainya, ketika dipakai di dunia industry.