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控機床、龍門加工中心、控制開關等領域中，光電編碼器造型新穎、安裝方便、帶載能力強，采用防油污密封設計，節能環保，對該機械設備熟悉的小伙伴們應該知道，其又被稱為手動脈沖發生器，簡稱手輪，是一種通過光電轉換將輸出軸的機械幾何位移量轉換為脈沖或數字量的傳感器，是目前應用最多的一種傳感器。

2、分類

它主要由光源、碼盤、光學系統及電路4部分組成。那下面我們根據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

它可以將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，旋轉增量式編碼器以在轉動時輸出脈沖，通過計數設備來知道其位置。并且位置是從零位標記開始計算的脈沖數量是確定的，當停電后，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，計數設備記憶的零點就會偏移。錯誤的結果很難發現，如不能準確定位參考點，則不能保證位置的準確性。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方向，而Z相為每轉一圈輸出一個脈沖，用于基準點定位。此編碼器原理構造簡單，機械平均，并且壽命可達幾萬小時，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一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。其位置是由輸出代碼的讀數確定的。當電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。重新上電時，位置讀數仍是當前的。

絕對式編碼器

絕對編碼器能夠直接進行數字量大的輸出，在碼盤上會有若干的碼道，碼道數就是二進制位數。在每條碼道上都會由透光與不透光的扇形區域組成，通過采用光電傳感器對信號進行采集。在碼盤兩側分別設置有光源和光敏元件，這樣光敏元件則能夠根據是否接受到光信號進行電平的轉換，輸出二進制數。并且在不同位置輸出不同的數字碼。從而可以檢測絕對位置。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數。優點：可以直接讀出角度坐標的絕對值，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、數據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、旋轉變壓器

旋轉變壓器簡稱旋變，是由經過特殊電磁設計的高性能硅鋼疊片和漆包線構成的，相比于采用光電技術的編碼器而言，具有耐熱，耐振。耐沖擊，耐油污，甚至耐腐蝕等惡劣工作環境的適應能力。一對極（單速）的旋變可以視作一種單圈絕對式反饋系統，應用也最為廣泛。

旋轉變壓器

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動器獲得高精度的細分，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，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成，在伺服系統中，光柵盤與電動機同軸致使電動機的旋轉帶動光柵盤的旋轉，再經光電檢測裝置輸出若干個脈沖信號，根據該信號的每秒脈沖數便可計算當前電動機的轉速。

光電編碼器的碼盤輸出兩個相位差相差90度的光碼，根據雙通道輸出光碼的狀態的改變便可判斷出電動機的旋轉方向。

4、光電編碼器使用注意事項

光電編碼器能否發出理想的轉化效果，不僅要看它質量好不好，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

這種信號轉化設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生的脈沖數量，不同型號的編碼器脈沖數量是不等，通常在6轉到5000多轉左右，熟悉編碼器的小伙伴們應該知道脈沖數越多，分辨率也會相應的越高，但在編碼器使用中如果對分辨率控制不好的話，也會影響到信號轉換，所以為降低分辨率控制不好帶來的誤差，各位設備使用者們可通過產品說明書加深對分辨率這塊的了解。

二：PLC數據采集

數據測量精準并不代表最終記錄下來數據是精準的，為保證記錄下來的數據精準度，需要使用到PLC數據采集，一般情況下是利用高速計數模塊，在高速計數板卡的作用下，同時通過單片機采集數據，這種數據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

人類在工業領域的嘗試和創新從來沒有停止過，也正是諸如光電編碼器這種機器的出現，極大的方便了人類的生產生活，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，使用穩定等優點，被廣泛的使用到機械的制造中，在工業生產領域中發揮著重要作用，光電編碼器是人類對于工業以及科技的一次發明，極大的方便了機器的順利運轉。