光电编码器的分类与应用研究

钟丹阳

摘 要：光电编码器就是采用高精度剂量光栅作为检测元件，可以把角度、位置等物理量利用光电效应原理，转换成电气信号加以输出，在各个自动化生产领域都有着良好的应用前景，其类型多种多样，每一种光电编码器的特性与优势是不同的。具有精度高、能耗小、测量范围广、体积小、重量轻、抗干扰能力强等优点。该文主要就光电编码器的应用分类与应用进行分析。

关键词：光电编码器 分类 应用

中图分类号：TN764 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0034-02

光电编码器是广泛应用在工业控制和自动化领域里的一种传感装置，它的作用主要是把角度、位置等物理量利用光电效应原理，转换成电气信号加以输出。按照测量方式的不同可以将光电编码器分为旋转编码器和直尺编码器两种类型。该文对编码器的类型以及应用做出了阐述。

1 增量式编码器

增量式编码器的结构比较简单、价格低、精度高、响应速度快，深受市场的欢迎，应用比直尺编码器也要广泛。它在高分辨率和大量程角速度、位移测量系统中体现出了无可替代的作用。增量式光电编码器是通过光电信号，将轴的机械转角转换成数字信号输出。它的工作特点是每次编码器转动一个预设的角度，就会产生一个脉冲信号输出。这样通过对脉冲信号数量的统计来计算旋转的角度，所以说编码器输出的位置数据是一个相对的数据。

增量式编码器采用的是固定脉冲信號，旋转角度的起始位置是任意设定的，没有固定的起始位置。由于位置数据的采集是采用的相对编码，当编码器不动或者停电的时候，技术设备内部含有记忆芯片，能够记忆住旋转角度的位置，而再通电工作的时候编码器也会因为受到干扰而丢失脉冲，造成输出脉冲的偏差，因此，断电后旋转角度的数据会丢失，需要重新复位。那么解决这一问题的办法就是，每次经过参考点的时候，都将参考位置修正成为技术设备的记忆位置。但是在参考点以前，就无法保证位置的准确性了。

2 绝对式编码器

增量式编码器在工控中每次操作就需要先找到参考点，每一次开机都需要找零等方法。但是这样的工控项目比较麻烦，有一些工况开机以后就马上需要准确的位置，还有一些工况不允许有任何因干扰影响而产生的位置错误，这就促使绝对编码器诞生。

绝对编码器是通过光电信号扫码分度盘上的二进制码刻度盘，用来准确定位物体的绝对位置值。然后将扫描到的结果转换成电信号以脉冲的形式输送出来，得到绝对的位移量。它的工作原理就是通过对码盘上按规律排列的明、暗区的扫描得到两种数据。因为码盘是由光学玻璃制成，上面的码道都是由透明和不透明相间的同心圆组成。当扫描到亮区的时候就会输出数值1，扫描到暗区的时候就输出数值0。在不同的位置有着不同的信号组合，所以这些信号就代表了码盘轴的角位移大小。绝对编码器中的循环码又可以称之为格雷码，是一种常用的二进制编码，只有“0”和“1”组成，绝对式旋转编码器有着如下的特点：（1）在一个检测周期内，每一个角度对应着一个唯一的二进制编码，因此，编码器输出的位置数据是唯一的。（2）由于连接方式是使用机械式，所以在断点以后，编码器的位置是不动的，通电以后就可以准确取得当前位置的数据，操作简单。（3）检测到的数据成二进制形式存在，不存在模拟信号的检测误差。

为了分析出码盘旋转方向，需要在光栏板中设置好狭窄的裂缝，距离以码盘狭缝距离（m+1/4）倍为宜，同时，还要设置好光敏元件，即sin元件与cos元件。如果检测对象发生旋转，那么光电编码器就会出现数字脉冲的信号，为了获取到具体的绝对位置，需要设置出基准点。一般情况下，只要控制好脉冲个数与被测角位移的变化关系，就可以计算出准确的角位移，根据两者关系，可以调出旋转角位移、速率与旋转方向，并利用相关的硬件来实现。

3 混合式旋转编码器

综合以上两种编码器的性能推出了混合式编码器，它是通过用光信号扫描分度盘，对光信号的通断数量的检测、统计来计算出旋转角度。它的特点是同时输出相对旋转角度编码和绝对旋转编码两种形式的编码。它同时具备了绝对编码器的旋转角度编码的唯一性和增量编码器的应用灵活性。所以性能上有了更高提升，广泛应用到了数控机床、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备当中。

4 光电编码器的应用

4.1 角度测量中的应用

在一些汽车驾驶模拟器、重力测量仪、扭转角度一和鱼竿扭转性测试方面广泛应用了光电编码器，如在采用旋转式光电编码设计的重力测力仪中，转轴与补偿旋钮轴直接相连。把补偿旋钮的角度位移量转化为点信号量，得到有效角度数据。

4.2 长度测量中的引用

在计米器中，利用光电编码器的滚轮周长来测量物体的长度或者物体间的距离。比如拉线位移传感器，就是利用传感器内部的收卷轮的周长来测量物体的长度。再如在介质检测中，通过直齿条、转动链条的链轮、同步带轮来进行直线位移信息的采集。同样，光电编码器在速度测量和位置测量、同步控制等领域也起到了重要作用。提高了各种测量产品的精确度和灵敏性，为我国的测量行业提供了重要工具。

总之，光电编码器故障诊断的研究在工程应用中具有重要的现实意义，特别是在大批量的光电编码器出厂检测和多工作场合检测中十分急需。光电编码器的产生为我国广大的企业用户带来了精准的测量产品，广泛应用到了电视、冶金、纺织、气象以及航天等各个领域，促进了这些产业的质的飞越。在选择广电编码器过程中，需要深入分析不同类型编码器的特点与原因，提升应用效果。

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