浅谈光电编码器的原理与应用

杨雅萱 山东师范大学附属中学（幸福柳校区）

编码器是利用信号转换原理把机械信号转移成脉冲信号或者数字信号的传感器。按照工作原理可以分成光电式、磁式、感应式和电容式等，本文主要介绍光电编码器中增量型和绝对式编码器的原理和应用。

1 增量型编码器

增量型编码器是测量转速的，包括单路脉冲和双路输出两种方式。单路脉冲顾名思义编码器的输出是一组脉冲，能够测量转速，但是不能判断旋转方向。双路输出编码器输出的两组脉冲之间构成90度角，这两组脉冲既能够测量转速，又能够指出旋转方向。

1.1 工作原理

增量型编码器有一个雕刻着环形刻线的圆形光电码盘，在这个电码盘的两侧是光电发射器和接收器。光电接收器经过读取、放大和整理，能够获得两组正弦波信号，通过这两组信号之间的相位差判断编码器的转动方向。编码器的码盘可以由多种材料制造，像玻璃、金属、塑料等都可以。编码器上旋转360度后出现的亮暗刻线就是其分辨率。

1.2 信号输出类别

信号输出包括正弦波、方波和开集级电路三种类型。方波信号输出的编码器中信号的传输距离根据采用的编码器输出方式的不同而有差异。采用对称负信号输出连接方式的信号传输距离是150米，而采用对称负信号输出的传感器的传输距离是其两倍。

2 绝对式编码器

增量式编码器每次进行开机操作都需要找到参考点，位置不能出现错误，这样在操作过程中就显得很麻烦。绝对式编码器是扫描光电信号的编码，来确定准确位置的装置。断电后其位置信息也会保存，精确度和抗干扰性都很强。

2.1 工作原理

绝对式编码器是通过对码盘上的光暗刻线的读取，获取一组二进制编码，这个编码是唯一的，通过扫描其编码来获取其绝对位置。绝对式编码器可以分为旋转单圈和多圈绝对式编码器。

单圈绝对式编码器在转动中通过光暗刻线，得到一个显示实际位置的格雷码，但是这个格雷码与实际位置只能是一一对应的关系，当旋转角度超过360度时，格雷码显示为零，违背了这种唯一性的原则，所以这种编码器适用于现场转动角度360度之内的情况，被称为单圈绝对式编码器。

多圈绝对式编码器利用的原理是钟表齿轮机械原理。当中心光电码盘旋转时，齿轮带动其一组或者多组码盘，电码盘可以记录旋转的圈数，不断增加其编码，扩大编码器的测量范围。因其测量范围的增大，安装时空余的位置较大，这样安装过程也更加简单方便。

2.2 绝对式编码器的信号输出

绝对式编码器的信号输出包括串行输出、并行输出、总线输出和变送一体输出这四种输出方式。

串行输出是通过通讯规约，按照一定的时间先后进行的数据输出。串行输出接线少，适合远距离传输，可靠性较高，一般适合高位数编码器使用。

并行输出是在接口上输出多点高低电平，适合低位数绝对式编码器使用。但是并行编码器也存在着一些问题。首先必须使用格雷码，否则会造成乱码。其次，采用多芯电缆，所有的接口处必须连接良好，连接不好会造成工程的施工艰难，给编码器造成故障。最后，传输距离比较近，抗干扰性较差，不适用于复杂环境。

现场总线型输出是用一对信号线连接几个编码器，输出信号通过通讯方式进行，接收信号时一个接口就能读取好几个编码器的信号。其特点是传输距离长，节约成本。

变送一体型输出是在其编码器内部就进行信号的转化和输出，更加的方便和快捷。

3 光电编码器的特点与应用

光电编码器是光、电、机于一身，具有精度准确、体积小、使用简单的特点，所以在很多领域的应用范围都很广。

3.1 增量型编码器的应用和特点

增量编码器在实际生产中，能够在制造板坯时，获得钢坯的运动速度。精炼炉的喂丝系统中，计算喂丝的长度。

增量型编码器构造简单，抗干扰能力较强，寿命较长，运输的速度快、长度长，可靠性高，但是输出位置信号不直观。

3.2 绝对式编码器的应用和特点

光电编码器的光源最常用的是自身有聚光效果的发光二极管。当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。绝对式编码器应用在炼钢过程中，在氧枪电机减速机上安装，能够输出不同的编码，通过编码来确定氧枪的位置。绝对式编码器的分辨率是高位数，机械位置是固定的，抗干扰和可靠性都比较高，定位功能较强。

4 结束语

光电编码器的精准性和控制度高的特点，在炼钢的工序中发挥了很重要的作用。在炼钢工序中使用编码器进行控制，能够使设备的整体性能得到有效的改善，使其定位更加精准。因为其成本低廉、精度准确，编码器在现代钢铁企业中的应用范围越来越广，使用频率越来越高。但是光电编码器在复杂的环境下使用时，外部环境容易对其造成损坏，所以我们要进一步研究光电编码器，不断改进其缺点，促进其性能的稳定和提高，保障其在工作中发挥更大的作用，促进其应用的车间内的生产能够稳定而有序的进行。

[1]郝涛.医疗仪器中光电编码器故障维修三例[J].现代仪器与医疗.2013(03)

[2]徐桂芝.光电编码器实现小车测速探讨[J].现代商贸工业.2011(04)[3]郭帅，栾一秀.测井中光电编码器原理及常见故障分析[J].内江科技.2011(06)

[4]郑建华.光电编码器在矿井提升机电控系统中的应用[J].新疆有色金属.2010(02)