鐘丹陽

摘 要：光電編碼器就是采用高精度劑量光柵作為檢測元件，可以把角度、位置等物理量利用光電效應(yīng)原理，轉(zhuǎn)換成電氣信號加以輸出，在各個自動化生產(chǎn)領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景，其類型多種多樣，每一種光電編碼器的特性與優(yōu)勢是不同的。具有精度高、能耗小、測量范圍廣、體積小、重量輕、抗干擾能力強等優(yōu)點。該文主要就光電編碼器的應(yīng)用分類與應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：光電編碼器 分類 應(yīng)用

中圖分類號：TN764 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0034-02

光電編碼器是廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域里的一種傳感裝置，它的作用主要是把角度、位置等物理量利用光電效應(yīng)原理，轉(zhuǎn)換成電氣信號加以輸出。按照測量方式的不同可以將光電編碼器分為旋轉(zhuǎn)編碼器和直尺編碼器兩種類型。該文對編碼器的類型以及應(yīng)用做出了闡述。

1 增量式編碼器

增量式編碼器的結(jié)構(gòu)比較簡單、價格低、精度高、響應(yīng)速度快，深受市場的歡迎，應(yīng)用比直尺編碼器也要廣泛。它在高分辨率和大量程角速度、位移測量系統(tǒng)中體現(xiàn)出了無可替代的作用。增量式光電編碼器是通過光電信號，將軸的機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。它的工作特點是每次編碼器轉(zhuǎn)動一個預(yù)設(shè)的角度，就會產(chǎn)生一個脈沖信號輸出。這樣通過對脈沖信號數(shù)量的統(tǒng)計來計算旋轉(zhuǎn)的角度，所以說編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是一個相對的數(shù)據(jù)。

增量式編碼器采用的是固定脈沖信號，旋轉(zhuǎn)角度的起始位置是任意設(shè)定的，沒有固定的起始位置。由于位置數(shù)據(jù)的采集是采用的相對編碼，當(dāng)編碼器不動或者停電的時候，技術(shù)設(shè)備內(nèi)部含有記憶芯片，能夠記憶住旋轉(zhuǎn)角度的位置，而再通電工作的時候編碼器也會因為受到干擾而丟失脈沖，造成輸出脈沖的偏差，因此，斷電后旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)會丟失，需要重新復(fù)位。那么解決這一問題的辦法就是，每次經(jīng)過參考點的時候，都將參考位置修正成為技術(shù)設(shè)備的記憶位置。但是在參考點以前，就無法保證位置的準(zhǔn)確性了。

2 絕對式編碼器

增量式編碼器在工控中每次操作就需要先找到參考點，每一次開機都需要找零等方法。但是這樣的工控項目比較麻煩，有一些工況開機以后就馬上需要準(zhǔn)確的位置，還有一些工況不允許有任何因干擾影響而產(chǎn)生的位置錯誤，這就促使絕對編碼器誕生。

絕對編碼器是通過光電信號掃碼分度盤上的二進制碼刻度盤，用來準(zhǔn)確定位物體的絕對位置值。然后將掃描到的結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號以脈沖的形式輸送出來，得到絕對的位移量。它的工作原理就是通過對碼盤上按規(guī)律排列的明、暗區(qū)的掃描得到兩種數(shù)據(jù)。因為碼盤是由光學(xué)玻璃制成，上面的碼道都是由透明和不透明相間的同心圓組成。當(dāng)掃描到亮區(qū)的時候就會輸出數(shù)值1，掃描到暗區(qū)的時候就輸出數(shù)值0。在不同的位置有著不同的信號組合，所以這些信號就代表了碼盤軸的角位移大小。絕對編碼器中的循環(huán)碼又可以稱之為格雷碼，是一種常用的二進制編碼，只有“0”和“1”組成，絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器有著如下的特點：（1）在一個檢測周期內(nèi)，每一個角度對應(yīng)著一個唯一的二進制編碼，因此，編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是唯一的。（2）由于連接方式是使用機械式，所以在斷點以后，編碼器的位置是不動的，通電以后就可以準(zhǔn)確取得當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)，操作簡單。（3）檢測到的數(shù)據(jù)成二進制形式存在，不存在模擬信號的檢測誤差。

為了分析出碼盤旋轉(zhuǎn)方向，需要在光欄板中設(shè)置好狹窄的裂縫，距離以碼盤狹縫距離（m+1/4）倍為宜，同時，還要設(shè)置好光敏元件，即sin元件與cos元件。如果檢測對象發(fā)生旋轉(zhuǎn)，那么光電編碼器就會出現(xiàn)數(shù)字脈沖的信號，為了獲取到具體的絕對位置，需要設(shè)置出基準(zhǔn)點。一般情況下，只要控制好脈沖個數(shù)與被測角位移的變化關(guān)系，就可以計算出準(zhǔn)確的角位移，根據(jù)兩者關(guān)系，可以調(diào)出旋轉(zhuǎn)角位移、速率與旋轉(zhuǎn)方向，并利用相關(guān)的硬件來實現(xiàn)。

3 混合式旋轉(zhuǎn)編碼器

綜合以上兩種編碼器的性能推出了混合式編碼器，它是通過用光信號掃描分度盤，對光信號的通斷數(shù)量的檢測、統(tǒng)計來計算出旋轉(zhuǎn)角度。它的特點是同時輸出相對旋轉(zhuǎn)角度編碼和絕對旋轉(zhuǎn)編碼兩種形式的編碼。它同時具備了絕對編碼器的旋轉(zhuǎn)角度編碼的唯一性和增量編碼器的應(yīng)用靈活性。所以性能上有了更高提升，廣泛應(yīng)用到了數(shù)控機床、機器人、雷達、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備當(dāng)中。

4 光電編碼器的應(yīng)用

4.1 角度測量中的應(yīng)用

在一些汽車駕駛模擬器、重力測量儀、扭轉(zhuǎn)角度一和魚竿扭轉(zhuǎn)性測試方面廣泛應(yīng)用了光電編碼器，如在采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼設(shè)計的重力測力儀中，轉(zhuǎn)軸與補償旋鈕軸直接相連。把補償旋鈕的角度位移量轉(zhuǎn)化為點信號量，得到有效角度數(shù)據(jù)。

4.2 長度測量中的引用

在計米器中，利用光電編碼器的滾輪周長來測量物體的長度或者物體間的距離。比如拉線位移傳感器，就是利用傳感器內(nèi)部的收卷輪的周長來測量物體的長度。再如在介質(zhì)檢測中，通過直齒條、轉(zhuǎn)動鏈條的鏈輪、同步帶輪來進行直線位移信息的采集。同樣，光電編碼器在速度測量和位置測量、同步控制等領(lǐng)域也起到了重要作用。提高了各種測量產(chǎn)品的精確度和靈敏性，為我國的測量行業(yè)提供了重要工具。

總之，光電編碼器故障診斷的研究在工程應(yīng)用中具有重要的現(xiàn)實意義，特別是在大批量的光電編碼器出廠檢測和多工作場合檢測中十分急需。光電編碼器的產(chǎn)生為我國廣大的企業(yè)用戶帶來了精準(zhǔn)的測量產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用到了電視、冶金、紡織、氣象以及航天等各個領(lǐng)域，促進了這些產(chǎn)業(yè)的質(zhì)的飛越。在選擇廣電編碼器過程中，需要深入分析不同類型編碼器的特點與原因，提升應(yīng)用效果。

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