1、概述

光電編碼器主要是被用在數(shù)控機(jī)床、龍門(mén)加工中心、控制開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域中，光電編碼器造型新穎、安裝方便、帶載能力強(qiáng)，采用防油污密封設(shè)計(jì)，節(jié)能環(huán)保，對(duì)該機(jī)械設(shè)備熟悉的小伙伴們應(yīng)該知道，其又被稱(chēng)為手動(dòng)脈沖發(fā)生器，簡(jiǎn)稱(chēng)手輪，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的一種傳感器。

2、分類(lèi)

它主要由光源、碼盤(pán)、光學(xué)系統(tǒng)及電路4部分組成。那下面我們根據(jù)不同種類(lèi)的光電編碼器進(jìn)行說(shuō)明。

圖1

一、增量式編碼器

它可以將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置。并且位置是從零位標(biāo)記開(kāi)始計(jì)算的脈沖數(shù)量是確定的，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，再次上電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移。錯(cuò)誤的結(jié)果很難發(fā)現(xiàn)，如不能準(zhǔn)確定位參考點(diǎn)，則不能保證位置的準(zhǔn)確性。所以每次操作都要先找參考點(diǎn)。但是這樣的編碼器它不受停電、干擾的影響。

圖2

增量式編碼器可利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出A、B和Z三組方波脈沖；A、B兩組脈沖相位差90度，能夠判斷出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。此編碼器原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均，并且壽命可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可靠性高。但是是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。

二、絕對(duì)式編碼器

絕對(duì)式編碼器每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。其位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)際的位置分離。重新上電時(shí)，位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的。

圖3

絕對(duì)編碼器能夠直接進(jìn)行數(shù)字量大的輸出，在碼盤(pán)上會(huì)有若干的碼道，碼道數(shù)就是二進(jìn)制位數(shù)。在每條碼道上都會(huì)由透光與不透光的扇形區(qū)域組成，通過(guò)采用光電傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。在碼盤(pán)兩側(cè)分別設(shè)置有光源和光敏元件，這樣光敏元件則能夠根據(jù)是否接受到光信號(hào)進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換，輸出二進(jìn)制數(shù)。并且在不同位置輸出不同的數(shù)字碼。從而可以檢測(cè)絕對(duì)位置。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來(lái)決定的，也就是說(shuō)精度取決于位數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值，沒(méi)有累積誤差，電源切除后位置信息不會(huì)丟失。編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

三、混合式絕對(duì)值編碼器

混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

四、旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)稱(chēng)旋變，是由經(jīng)過(guò)特殊電磁設(shè)計(jì)的高性能硅鋼疊片和漆包線(xiàn)構(gòu)成的，相比于采用光電技術(shù)的編碼器而言，具有耐熱，耐振。耐沖擊，耐油污，甚至耐腐蝕等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力。一對(duì)極（單速）的旋變可以視作一種單圈絕對(duì)式反饋系統(tǒng)，應(yīng)用也最為廣泛。

圖4

五、正余弦伺服電機(jī)編碼器

可以不采用高頻率的通訊即可讓伺服驅(qū)動(dòng)器獲得高精度的細(xì)分，這樣降低了硬件要求，同時(shí)由于有單圈角度信號(hào)，可以讓伺服電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)力矩大。

3、光電編碼器工作原理

光電編碼器主要由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置構(gòu)成，在伺服系統(tǒng)中，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸致使電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光柵盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)光電檢測(cè)裝置輸出若干個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)的每秒脈沖數(shù)便可計(jì)算當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

光電編碼器的碼盤(pán)輸出兩個(gè)相位差相差90度的光碼，根據(jù)雙通道輸出光碼的狀態(tài)的改變便可判斷出電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

4、光電編碼器使用注意事項(xiàng)

光電編碼器能否發(fā)出理想的轉(zhuǎn)化效果，不僅要看它質(zhì)量好不好，同時(shí)還要看是否有正確使用，以下是光電編碼器使用注意事項(xiàng)：

一：如何控制分辨率

這種信號(hào)轉(zhuǎn)化設(shè)備在使用中一般情況下都是有分辨率差異的，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，不同型號(hào)的編碼器脈沖數(shù)量是不等，通常在6轉(zhuǎn)到5000多轉(zhuǎn)左右，熟悉編碼器的小伙伴們應(yīng)該知道脈沖數(shù)越多，分辨率也會(huì)相應(yīng)的越高，但在編碼器使用中如果對(duì)分辨率控制不好的話(huà)，也會(huì)影響到信號(hào)轉(zhuǎn)換，所以為降低分辨率控制不好帶來(lái)的誤差，各位設(shè)備使用者們可通過(guò)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)加深對(duì)分辨率這塊的了解。

二：PLC數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)測(cè)量精準(zhǔn)并不代表最終記錄下來(lái)數(shù)據(jù)是精準(zhǔn)的，為保證記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，需要使用到PLC數(shù)據(jù)采集，一般情況下是利用高速計(jì)數(shù)模塊，在高速計(jì)數(shù)板卡的作用下，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)采集方式又被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)采集。

三：線(xiàn)路連接

線(xiàn)路連接主要以電源連接為重，要知道光電編碼器常見(jiàn)的工作電源有三種，每一種不同電源的編碼器所對(duì)應(yīng)的PLC工作模式是不同，就拿11V工作電源的編碼器來(lái)說(shuō)，在使用中需要使用24V的PLC。

5、總結(jié)

人類(lèi)在工業(yè)領(lǐng)域的嘗試和創(chuàng)新從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，也正是諸如光電編碼器這種機(jī)器的出現(xiàn)，極大的方便了人類(lèi)的生產(chǎn)生活，因?yàn)楣怆娋幋a器體積小巧，實(shí)用性強(qiáng)，光電編碼器還有使用壽命長(zhǎng)，使用穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的使用到機(jī)械的制造中，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，光電編碼器是人類(lèi)對(duì)于工業(yè)以及科技的一次發(fā)明，極大的方便了機(jī)器的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。