1．光電編碼器的工作原理

光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。它是目前應(yīng)用最多的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)。通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90° 的兩路脈沖信號(hào)，見圖 5-57。

圖 5-57 編碼器工作原理圖及輸出波形

2．編碼器的分類

根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。

增量式編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、B 和 Z 相；A、B 兩組脈沖相位差 90°，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而 Z 相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。

絕對(duì)式編碼器。絕對(duì)式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成。相鄰碼道的扇區(qū)樹木是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件，當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀書一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道必須有 N 條碼道。目前國(guó)內(nèi)已有 16 位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。

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

3．光電編碼器的應(yīng)用

（1）角度測(cè)量。

汽車駕駛模擬器，對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量選用光電編碼器作為傳感器。重力測(cè)量?jī)x采用光電編碼器，把它的轉(zhuǎn)軸與重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連；扭轉(zhuǎn)角度儀，利用編碼器測(cè)量扭轉(zhuǎn)角度變化，如扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)、漁竿扭轉(zhuǎn)釣性測(cè)試等；擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，利用編碼器計(jì)算沖擊是擺角變化。

（2）長(zhǎng)度測(cè)量。

① 計(jì)米器，利用滾輪周長(zhǎng)來測(cè)量物體的長(zhǎng)度和距離。

② 拉線位移傳感器，利用收卷輪周長(zhǎng)計(jì)量物體長(zhǎng)度距離。

③ 聯(lián)軸直測(cè)，與驅(qū)動(dòng)直線位移的動(dòng)力裝置的主軸聯(lián)軸，通過輸出脈沖數(shù)計(jì)量。

④ 介質(zhì)檢測(cè)，在直齒條、轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移的信息。

（3）速度測(cè)量。

① 線速度，通過跟儀表連接，測(cè)量生產(chǎn)線的線速度。

② 角速度，通過編碼器測(cè)量電機(jī)、轉(zhuǎn)軸等的速度測(cè)量。

（4）位置測(cè)量。

① 在機(jī)床方面，記憶機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，如鉆床等。

② 在自動(dòng)化控制方面，控制在不同位置進(jìn)行動(dòng)作。如電梯、提升機(jī)等。

（5）同步控制。

通過角速度或線速度，對(duì)傳動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行同步控制，以達(dá)到張力控制。

（二）旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝

1．安裝注意事項(xiàng)

安裝時(shí)不要給軸施加直接的沖擊。

編碼器軸與機(jī)器的連接，應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時(shí)，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷，或造成撥芯現(xiàn)象。因此，要特別注意。

軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小，可大大延長(zhǎng)軸承壽命。

不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長(zhǎng)期浸在水、油中，編碼器表面有水和油時(shí)應(yīng)擦拭干凈。

2．振動(dòng)

加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動(dòng)，往往會(huì)成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此，應(yīng)對(duì)設(shè)置場(chǎng)所、安裝場(chǎng)所都加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔就越窄，就越容易受到振動(dòng)的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時(shí)，加在軸或本體上的振動(dòng)使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生誤脈沖。

3．關(guān)于配線和連接

誤配線可能會(huì)損壞內(nèi)部回路，故在配線時(shí)應(yīng)充分注意以下六點(diǎn)。

（1）配線應(yīng)在電源 OFF 狀態(tài)下進(jìn)行，電源接通時(shí)，若輸出線接觸電源，則有時(shí)會(huì)損壞輸出回路。

（2）若配線錯(cuò)誤，則有時(shí)會(huì)損壞內(nèi)部回路，所以配線時(shí)應(yīng)充分注意電源的極性等。

（3）若和高壓線、動(dòng)力線并行配線，則有時(shí)會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作而致?lián)p壞，所以要分離開另行配線。

（4）延長(zhǎng)電線時(shí)，應(yīng)在 10 m 以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。有問題時(shí)，采用施密特回路等對(duì)波形進(jìn)行整形。