光電編碼器是什么？它的應(yīng)用原理是什么？

光電編碼器，是一種經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)化成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前使用比較多的傳感器。光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)設(shè)備組成。光柵盤(pán)是在必定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。因?yàn)楣怆姶a盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)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)設(shè)備檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)。在伺服系統(tǒng)中，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸致使電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光柵盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)光電檢測(cè)裝置輸出若干個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)的每秒脈沖數(shù)便可計(jì)算當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。光電編碼器的碼盤(pán)輸出兩個(gè)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(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。光電編碼器具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。

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90o，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

旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。

解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開(kāi)機(jī)找零等方法。比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開(kāi)機(jī)，我們都能聽(tīng)到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。

將角度信息刻制存貯在圓玻璃盤(pán)(稱碼盤(pán))上，經(jīng)處理后輸出的角位置信息是轉(zhuǎn)角的單值函數(shù)，掉電后再工作不用重新標(biāo)定的稱為絕對(duì)式編碼器。其為直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤(pán)上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤(pán)上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤(pán)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(pán)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 讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤(pán)必須有N條碼道。

絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制(葛萊碼)方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤(pán)上透光、不透光的線條圖形，絕對(duì)編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤(pán)上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是： (1)可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值; (2)沒(méi)有累積誤差; (3)電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來(lái)決定的，也就是說(shuō)精度取決于位數(shù)，有10位、14位等多種。

光電編碼器根據(jù)其用途的不同分為旋轉(zhuǎn)光電編碼器和直線光電編碼器，分別用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度和直線尺寸。光電編碼器的關(guān)鍵部件是光電編碼裝置，在旋轉(zhuǎn)光電編碼器中是圓形的碼盤(pán)(codewheel或codedisk)，而在直線光電編碼器中則是直尺形的碼尺(codestrip)。碼盤(pán)和碼尺根據(jù)用途和成本的需要，可由金屬、玻璃和聚合物等材料制作，其原理都是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生代表運(yùn)動(dòng)位置的數(shù)字化的光學(xué)信號(hào)。

人類(lèi)在工業(yè)領(lǐng)域的嘗試和創(chuàng)新從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，也正是諸如光電編碼器這種機(jī)器的出現(xiàn)，極大的方便了人類(lèi)的生產(chǎn)生活，因?yàn)楣怆娋幋a器體積小巧，實(shí)用性強(qiáng)，光電編碼器還有使用壽命長(zhǎng)，使用穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的使用到機(jī)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(lèi)對(duì)于工業(yè)以及科技的一次發(fā)明，極大的方便了機(jī)器的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。