光電編碼器的分類及原理

1、概述

光電編碼器主要是被用在數(shù)控機床、龍門加工中心、控制開關(guān)等領(lǐng)域中，光電編碼器造型新穎、安裝方便、帶載能力強，采用防油污密封設(shè)計，節(jié)能環(huán)保，對該機械設(shè)備熟悉的小伙伴們應(yīng)該知道，其又被稱為手動脈沖發(fā)生器，簡稱手輪，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機械幾何位移量轉(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

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

光電編碼器組成

一、增量式編碼器

它可以將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以在轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置。并且位置是從零位標(biāo)記開始計算的脈沖數(shù)量是確定的，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，再次上電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移。錯誤的結(jié)果很難發(fā)現(xiàn)，如不能準(zhǔn)確定位參考點，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。但是這樣的編碼器它不受停電、干擾的影響。

增量式編碼器

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，能夠判斷出電機的旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。此編碼器原理構(gòu)造簡單，機械平均，并且壽命可達(dá)幾萬小時，具有較強的抗干擾能力，可靠性高。但是是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。

二、絕對式編碼器

絕對式編碼器每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。其位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。當(dāng)電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。重新上電時，位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的。

絕對式編碼器

絕對編碼器能夠直接進行數(shù)字量大的輸出，在碼盤上會有若干的碼道，碼道數(shù)就是二進制位數(shù)。在每條碼道上都會由透光與不透光的扇形區(qū)域組成，通過采用光電傳感器對信號進行采集。在碼盤兩側(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)是否接受到光信號進行電平的轉(zhuǎn)換，輸出二進制數(shù)。并且在不同位置輸出不同的數(shù)字碼。從而可以檢測絕對位置。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)。優(yōu)點：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值，沒有累積誤差，電源切除后位置信息不會丟失。編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

三、混合式絕對值編碼器

混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；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)變壓器簡稱旋變，是由經(jīng)過特殊電磁設(shè)計的高性能硅鋼疊片和漆包線構(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。一對極（單速）的旋變可以視作一種單圈絕對式反饋系統(tǒng)，應(yīng)用也最為廣泛。

旋轉(zhuǎn)變壓器

五、正余弦伺服電機編碼器

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

3、光電編碼器工作原理

光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置構(gòu)成，在伺服系統(tǒng)中，光柵盤與電動機同軸致使電動機的旋轉(zhuǎn)帶動光柵盤的旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)光電檢測裝置輸出若干個脈沖信號，根據(jù)該信號的每秒脈沖數(shù)便可計算當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。

光電編碼器的碼盤輸出兩個相位差相差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機的旋轉(zhuǎn)方向。

4、光電編碼器使用注意事項

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，同時還要看是否有正確使用，以下是光電編碼器使用注意事項：

一：如何控制分辨率

這種信號轉(zhuǎn)化設(shè)備在使用中一般情況下都是有分辨率差異的，簡單的來說就是每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，不同型號的編碼器脈沖數(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，分辨率也會相應(yīng)的越高，但在編碼器使用中如果對分辨率控制不好的話，也會影響到信號轉(zhuǎn)換，所以為降低分辨率控制不好帶來的誤差，各位設(shè)備使用者們可通過產(chǎn)品說明書加深對分辨率這塊的了解。

二：PLC數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)測量精準(zhǔn)并不代表最終記錄下來數(shù)據(jù)是精準(zhǔn)的，為保證記錄下來的數(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數(shù)模塊，在高速計數(shù)板卡的作用下，同時通過單片機采集數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)采集方式又被稱為計算機采集。

三：線路連接

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

5、總結(jié)

人類在工業(yè)領(lǐng)域的嘗試和創(chuàng)新從來沒有停止過，也正是諸如光電編碼器這種機器的出現(xiàn)，極大的方便了人類的生產(chǎn)生活，因為光電編碼器體積小巧，實用性強，光電編碼器還有使用壽命長，使用穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛的使用到機械的制造中，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，光電編碼器是人類對于工業(yè)以及科技的一次發(fā)明，極大的方便了機器的順利運轉(zhuǎn)。