淺談光電編碼器的原理與應用

楊雅萱 山東師范大學附屬中學（幸福柳校區）

編碼器是利用信號轉換原理把機械信號轉移成脈沖信號或者數字信號的傳感器。按照工作原理可以分成光電式、磁式、感應式和電容式等，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用。

1 增量型編碼器

增量型編碼器是測量轉速的，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，能夠測量轉速，但是不能判斷旋轉方向。雙路輸出編碼器輸出的兩組脈沖之間構成90度角，這兩組脈沖既能夠測量轉速，又能夠指出旋轉方向。

1.1 工作原理

增量型編碼器有一個雕刻著環形刻線的圓形光電碼盤，在這個電碼盤的兩側是光電發射器和接收器。光電接收器經過讀取、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360度后出現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單圈和多圈絕對式編碼器。

單圈絕對式編碼器在轉動中通過光暗刻線，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的關系，當旋轉角度超過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場轉動角度360度之內的情況，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。當中心光電碼盤旋轉時，齒輪帶動其一組或者多組碼盤，電碼盤可以記錄旋轉的圈數，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約，按照一定的時間先后進行的數據輸出。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，不適用于復雜環境。

現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，節約成本。

變送一體型輸出是在其編碼器內部就進行信號的轉化和輸出，更加的方便和快捷。

3 光電編碼器的特點與應用

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，所以在很多領域的應用范圍都很廣。

3.1 增量型編碼器的應用和特點

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

增量型編碼器構造簡單，抗干擾能力較強，壽命較長，運輸的速度快、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光二極管。當光電碼盤隨工作軸一起轉動時，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，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，編碼器在現代鋼鐵企業中的應用范圍越來越廣，使用頻率越來越高。但是光電編碼器在復雜的環境下使用時，外部環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，促進其性能的穩定和提高，保障其在工作中發揮更大的作用，促進其應用的車間內的生產能夠穩定而有序的進行。

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