光电编码器的理论研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇光电编码器的理论研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】本文从光电编码器的基本工作原理及常用的编码方法介绍入手，并在此基础上对光电编码器的具体应用及其发展趋势进行了研究。期望通过本文的研究能够对推动光电编码器的发展有所帮助。

【关键词】光电编码器；码盘；应用

一、光电编码器概述

光电编码器归属于数字式传感器的范畴，它集光、机、电与一身，借助信号转换完成测量。在科学技术不断发展的推动下，光电编码器的应用不但越来广泛，而且在生产和生活中所起的作用也越来越重要。光电编码器的优点在于抗干扰能力强、结构多样、测量精确度高、分辨率高、使用寿命长等等。目前，光电编码器在医疗卫生、工业生产、商务办公、交通运输等等诸多领域当中都有应用。不仅如此，微型的光电编码器还被应用于军用领域中，这在一定程度上提高了我国军用装备的整体水平。

（一）光电编码器的基本工作原理

1.光电编码器的构成

目前，应用比较普遍的光电编码器一般都是由光源、码盘、接收元件、放大电路、电源、接口电路、转换电路、角度输出接口以及测速接口电路等几个部分构成。

2.工作原理

在整个光电编码器装置当中，码盘是比较重要的元器件之一，它的作用是贮存轴角绝对位置信息，一般都被固定于轴系上，并随着轴的旋转而旋转。通常情况下，码盘上刻划的均为同心圆码道，各个码道均是由扇形图案组成，这些扇形图案有分为透光和不透光两种，具体用来表示角度代表的一位变量。当光源经由码盘及副尺后会被光电接收器读取，由此可以转换为电信号，这部分信号经过放大电路之后，再通过接口电路处理便会进入到数据系统当中；当单片机采集到相关数据之后，会自动进行精码细分，同时对粗码进行二进制处理，使其转变为自然二进制码，然后以精码为基础，对粗码进行校正，最终形成总代码，并利用角度接口完成角度位置信息的输出。

（二）常用的编码方法

1.增量式编码器

这是目前应用较为普遍的光电编码器之一，这种编码器一般每输出一个脉冲信号就代表有一个增量位移，由此可以产生出于位移增量等值的脉冲信号，但却并不能通过该脉冲信号确定出增量的准确位置。增量式编码器虽然无法直接获得轴上的绝对位置信息，但能够获得相对的位置增量，其可以输出两组脉冲信号，这两组信号的相位相差为90o角，它们属于正交信号，通过对这两组信号初相差的判断，能够获得旋转方向，码盘旋转一周，便可以输出一个零位标志信号。

2.绝对式编码器

这是一种能够在任何时刻、位置均可以对机械位移进行测量的编码器，由测量所得的结果全部都是绝对位置数据，并且相同位置在断电再续电后测试的结果完全相同，正因如此，使得测试结果相对比较安全，一般不会丢失。最为重要的是，即便存在不正确的测量结果，也不会对后续的位置测量造成影响，换言之，绝对式编码器的可靠性更高。

二、光电编码器的应用及其发展趋势研究

（一）光电编码器的具体应用

为了对光电编码器有一个更深入的了解，下面对其具体应用进行研究。

1.在轴转速测量中的应用

光电编码器不但能够直接对角位移进行测量，而且还能够对轴的实际转速测量。由上文可知，增量式编码器输出的信号为脉冲信号。故此，可以采用测量脉冲频率及周期的方法来对轴的实际转速进行测量。基于脉冲计数的轴转速测量有以下几种方法：其一，M法测速。该方法具体是指在指定的时间内对脉冲的个数进行测量，以此来获取被测速度。通常情况下，应用该方法测量轴转速时，要求转速必须足够快，若是转速过低，则会导致计数值过少，这样会对测量精度造成影响，在应用中需要对此予以注意；其二，T法测速。该方法主要是通过测量两个相邻脉冲的时间来对轴的转速进行测量。这种方法能够用于较低转速的测量，并且可以获得相对较高的分辨率。

2.工位编码

对于绝对式编码器而言，它的每一个转角位置全都对应一个固定的编码输出，如果编码器与转盘之间为同轴相连的话，那么转盘上的每一个工位所安装的工件也都有一个编码与之相对应。当某个工位转动至加工点位时，与该工位对应的编码则会由编码器输出给控制系统。举个简单的例子，对工位编码进行说明：想要使4#工位上的工件转至加工点位处等待加工，系统可以通过控制电动机带动转盘旋转，同时，绝对式编码器输出的编码会发生不断变化，假设1#工位的二进制码为“0000”，当输出由3#工位的“0100”转变为“0110”时，则代表转盘已经将4#工位旋转至加工点位处，此时电动机会自行停止转动。

（二）光电编码器的发展趋势

近年来，随着现代工业自动化的不断发展，使其对光电编码器的各方面性能提出了更高的要求，这也在一定程度上推动了编码器技术的进步和发展。与此同时，机械制造水平较之以往大幅度提高，这为光电编码器的小型化提供了可能，大体上可将光电编码器的发展方向归纳为以下几个方面：

1.产品系列化

由于各个领域对光电编码器的要求越来越高，为了进一步满足市场需求，使得光电编码器产品逐步朝着制造标准化和系列化的方向发展，各种型号产品的推出，可以使用户的选择性更多。

2.体积小型化

目前，国外已经成功研制出了反射式光电编码器，其不但具备较高的精度，而且体积也非常小。而我国在编码器小型化方面的研究较少，为此，应当将开发小体积的光电编码器作为未来一段时期的研究重点。

3.可适应各种恶劣工况

由于光电编码器常常会在一些比较恶劣的工况下运行。为此，除了要确保编码器具有良好的精度之外，还应当使其具备抗冲击、耐腐蚀、抗高温、防震动等能力，这也将成为研究的主要趋势之一。

三、结论

总而言之，想要使光电编码器能够在各个领域内获得更为广泛的应用，除了要加大理论方面的研究力度之外，还应当在现有的基础上对相关产品进行不断改进和完善，既要实现产品系列化，又要使编码器逐步向小型化方向发展，只有这样，才能使其在越来越多的领域当中得到应用，这对于促进光电编码器的发展具有非常重要的现实意义。

参考文献

[1]朱建宏.简易绝对式光电编码器的基本原理和通讯方式[J].电气传动，2010（9）.

[2]时魁.增量式光栅编码器与绝对式编码器性能比较和分析[J].机械设计与制造，2011（10）.

[3]蒋晶.高可靠性增量式光电编码器接口电路设计[J].测控技术，2009（2）.

[4]王显军.光电编码器的应用-分类源于角度测量基准[J].光机电信息，2010（7）.