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        淺談光電編碼器的原理與應(yīng)用

        2018-12-23 21:39:47楊雅萱山東師范大學(xué)附屬中學(xué)幸福柳校區(qū)
        數(shù)碼世界 2018年1期
        關(guān)鍵詞:碼盤刻線增量

        楊雅萱 山東師范大學(xué)附屬中學(xué)(幸福柳校區(qū))

        編碼器是利用信號轉(zhuǎn)換原理把機械信號轉(zhuǎn)移成脈沖信號或者數(shù)字信號的傳感器。按照工作原理可以分成光電式、磁式、感應(yīng)式和電容式等,本文主要介紹光電編碼器中增量型和絕對式編碼器的原理和應(yīng)用。

        1 增量型編碼器

        增量型編碼器是測量轉(zhuǎn)速的,包括單路脈沖和雙路輸出兩種方式。單路脈沖顧名思義編碼器的輸出是一組脈沖,能夠測量轉(zhuǎn)速,但是不能判斷旋轉(zhuǎn)方向。雙路輸出編碼器輸出的兩組脈沖之間構(gòu)成90度角,這兩組脈沖既能夠測量轉(zhuǎn)速,又能夠指出旋轉(zhuǎn)方向。

        1.1 工作原理

        增量型編碼器有一個雕刻著環(huán)形刻線的圓形光電碼盤,在這個電碼盤的兩側(cè)是光電發(fā)射器和接收器。光電接收器經(jīng)過讀取、放大和整理,能夠獲得兩組正弦波信號,通過這兩組信號之間的相位差判斷編碼器的轉(zhuǎn)動方向。編碼器的碼盤可以由多種材料制造,像玻璃、金屬、塑料等都可以。編碼器上旋轉(zhuǎn)360度后出現(xiàn)的亮暗刻線就是其分辨率。

        1.2 信號輸出類別

        信號輸出包括正弦波、方波和開集級電路三種類型。方波信號輸出的編碼器中信號的傳輸距離根據(jù)采用的編碼器輸出方式的不同而有差異。采用對稱負信號輸出連接方式的信號傳輸距離是150米,而采用對稱負信號輸出的傳感器的傳輸距離是其兩倍。

        2 絕對式編碼器

        增量式編碼器每次進行開機操作都需要找到參考點,位置不能出現(xiàn)錯誤,這樣在操作過程中就顯得很麻煩。絕對式編碼器是掃描光電信號的編碼,來確定準確位置的裝置。斷電后其位置信息也會保存,精確度和抗干擾性都很強。

        2.1 工作原理

        絕對式編碼器是通過對碼盤上的光暗刻線的讀取,獲取一組二進制編碼,這個編碼是唯一的,通過掃描其編碼來獲取其絕對位置。絕對式編碼器可以分為旋轉(zhuǎn)單圈和多圈絕對式編碼器。

        單圈絕對式編碼器在轉(zhuǎn)動中通過光暗刻線,得到一個顯示實際位置的格雷碼,但是這個格雷碼與實際位置只能是一一對應(yīng)的關(guān)系,當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度超過360度時,格雷碼顯示為零,違背了這種唯一性的原則,所以這種編碼器適用于現(xiàn)場轉(zhuǎn)動角度360度之內(nèi)的情況,被稱為單圈絕對式編碼器。

        多圈絕對式編碼器利用的原理是鐘表齒輪機械原理。當(dāng)中心光電碼盤旋轉(zhuǎn)時,齒輪帶動其一組或者多組碼盤,電碼盤可以記錄旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),不斷增加其編碼,擴大編碼器的測量范圍。因其測量范圍的增大,安裝時空余的位置較大,這樣安裝過程也更加簡單方便。

        2.2 絕對式編碼器的信號輸出

        絕對式編碼器的信號輸出包括串行輸出、并行輸出、總線輸出和變送一體輸出這四種輸出方式。

        串行輸出是通過通訊規(guī)約,按照一定的時間先后進行的數(shù)據(jù)輸出。串行輸出接線少,適合遠距離傳輸,可靠性較高,一般適合高位數(shù)編碼器使用。

        并行輸出是在接口上輸出多點高低電平,適合低位數(shù)絕對式編碼器使用。但是并行編碼器也存在著一些問題。首先必須使用格雷碼,否則會造成亂碼。其次,采用多芯電纜,所有的接口處必須連接良好,連接不好會造成工程的施工艱難,給編碼器造成故障。最后,傳輸距離比較近,抗干擾性較差,不適用于復(fù)雜環(huán)境。

        現(xiàn)場總線型輸出是用一對信號線連接幾個編碼器,輸出信號通過通訊方式進行,接收信號時一個接口就能讀取好幾個編碼器的信號。其特點是傳輸距離長,節(jié)約成本。

        變送一體型輸出是在其編碼器內(nèi)部就進行信號的轉(zhuǎn)化和輸出,更加的方便和快捷。

        3 光電編碼器的特點與應(yīng)用

        光電編碼器是光、電、機于一身,具有精度準確、體積小、使用簡單的特點,所以在很多領(lǐng)域的應(yīng)用范圍都很廣。

        3.1 增量型編碼器的應(yīng)用和特點

        增量編碼器在實際生產(chǎn)中,能夠在制造板坯時,獲得鋼坯的運動速度。精煉爐的喂絲系統(tǒng)中,計算喂絲的長度。

        增量型編碼器構(gòu)造簡單,抗干擾能力較強,壽命較長,運輸?shù)乃俣瓤?、長度長,可靠性高,但是輸出位置信號不直觀。

        3.2 絕對式編碼器的應(yīng)用和特點

        光電編碼器的光源最常用的是自身有聚光效果的發(fā)光二極管。當(dāng)光電碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時,光線透過光電碼盤和光欄板狹縫,形成忽明忽暗的光信號。絕對式編碼器應(yīng)用在煉鋼過程中,在氧槍電機減速機上安裝,能夠輸出不同的編碼,通過編碼來確定氧槍的位置。絕對式編碼器的分辨率是高位數(shù),機械位置是固定的,抗干擾和可靠性都比較高,定位功能較強。

        4 結(jié)束語

        光電編碼器的精準性和控制度高的特點,在煉鋼的工序中發(fā)揮了很重要的作用。在煉鋼工序中使用編碼器進行控制,能夠使設(shè)備的整體性能得到有效的改善,使其定位更加精準。因為其成本低廉、精度準確,編碼器在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用范圍越來越廣,使用頻率越來越高。但是光電編碼器在復(fù)雜的環(huán)境下使用時,外部環(huán)境容易對其造成損壞,所以我們要進一步研究光電編碼器,不斷改進其缺點,促進其性能的穩(wěn)定和提高,保障其在工作中發(fā)揮更大的作用,促進其應(yīng)用的車間內(nèi)的生產(chǎn)能夠穩(wěn)定而有序的進行。

        [1]郝濤.醫(yī)療儀器中光電編碼器故障維修三例[J].現(xiàn)代儀器與醫(yī)療.2013(03)

        [2]徐桂芝.光電編碼器實現(xiàn)小車測速探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè).2011(04)[3]郭帥,欒一秀.測井中光電編碼器原理及常見故障分析[J].內(nèi)江科技.2011(06)

        [4]鄭建華.光電編碼器在礦井提升機電控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].新疆有色金屬.2010(02)

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