（丰满大坝重建工程建设局 132108）
摘要：光电编码器是测量数控机床角速率和角位移的主要仪器，其本质是一种旋转式位置传感器，在现代伺服系统中应用较为广泛。光电编码器类型有增量式光电编码器和绝对式光电编码器两种，前者凭借结构件点、精度高、经济性好、使用稳定等优点，得到更为广泛的应用。笔者从两种光电编码器入手，简述就其工作原理和应用。
关键词：光电编码器；工作原理；实际应用；脉冲
光电编码器主要用于测量现代伺服系统中的角速率和角位移，是一种常见的传感器设备，主要分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器两种类型。增量式光电编码器在精度、经济性、使用稳定性等方面占据相对优势，尤其在高分辨率系统中表现优异；绝对式光电编码器结构较为复杂、成本较高，测量结果便于计算机进行处理。
一、光电编码器基本工作原理分析
（一）增量式光电编码器
增量式光电编码器的主要构件结构如图一所示，其中光电码盘与转轴相连。一般来说，码盘主要使用玻璃材料制成，表面镀有金属铬层，边缘处具有透光狭缝。
光电编码器主要功能构件包括主码盘、光学系统、鉴向盘以及光电变化器四部分内容。主码盘边缘均匀刻有辐射状窄缝，从而形成分布均匀的透明及不透明区域。鉴向盘位置与主码盘平行放置，鉴向盘表面刻有透明检测窄缝两组。在光点编码器工作时，主码盘、转轴开始转动，鉴向盘保持静止，光电编码器内部光源将光投射至主码盘及鉴向盘上。当主码盘转动至其表面不透明区域与鉴向盘表面透明窄缝重合时，光线无法透过，此时光电变换器拥有最小输出电压；反之，则光线可全部透过，此时光电变换器拥有最大输出电压。当主码盘完成一个周期刻线旋转时，光电变换器的输出电压波形呈正弦波形态。通过光电转换原理即可输出相应的方波脉冲，两组脉冲相位差固定为90°，通过脉冲分析，即可得出相应的测量数据。
（二）绝对式光电编码器
绝对式光电编码器是一种直接输出数字量的传感设备，其内部主码盘沿径向设施有同心码道若干，每条码道均由透光扇形区域及不透光扇形区域组成，相邻的码道扇形区域在数目上具有固定的双倍关系。主码盘具有的码道数等于其二进制数码位数，光源和光敏元件在码盘两侧对应设置，光敏元件与码道相对应。当设备工作时，各光敏元件可根据受光照与否转换出相应的电平信号，从而形成二进制数。
绝对式光电编码码盘的码道数量越多，设备分辨率越高，码道数量与其二进制分辨率编码器的位数相同。绝对式光电编码器的光电转换模式，主要包括自然二进制和循环二进制两种。绝对式光电编码器与增量式光电编码器最大的不同，在于码盘上透光及不透光区域的设置不同，前者可测量绝对位置后者不具备绝对值为测量功能。
二、光电编码器的实际应用分析
（一）光电编码器测量轴转速应用分析
光电编码器在轴转速测量方面具有较为广泛的应用，因增量式光电编码器以脉冲作为输出信号，在实际应用中，可由脉冲频率及脉冲周期测量转速，具体测速方式如下：
1、M法测速
M法测速是指通过测量一定时间内的脉冲个数，分析、获得被测速度数据的测速方法。
假设编码器每周期旋转产生的脉冲个数为N，在一定时间t内共获得脉冲m个，则编码器的脉冲频率f可表示为如下等式：
f=m/t
通过上述等式计算，则可得转速n的计算公式：
n=60f/N=60m/tN
M法测速对于转速要求较高，如码盘转速较低，将影响计数值数量较少，进而影响测量的准确性。
2、T法测速
T法测速是指通过测量两相邻脉冲间的时间间隔，分析、获取测量速度的测速方法。
假设有一频率较高的时钟脉冲以f频率向计数器发送脉冲，通过码盘相邻两个脉冲的反馈控制计数器启停，如计数器读书为m，则测量转速n（r/min）可计算公式如下：
n=60f/Pm
其中P表示码盘线数即码盘旋转一个周期发出的脉冲个数。T法测速在低速度测量中准确度较高
3、M/T法测速
M/T法测速是M法测速和T法测速的联合使用，在测量过程中，同时测量脉冲个数和量相邻脉冲时间，以分析、获取被测速度。
在实际使用过程中，操作人员需同时记录光电编码器输出脉冲个数m1、m2，M/T法测速的有点在于适用范围广泛，无论是高速度还是低速度，均可保障测速基本的准确性，故而在电机控制领域应用广泛。
（二）工位编码应用分析
工位编码是绝对式编码器的实际应用，主要利用绝对式编码器在任意转角位置，都会产生一个编码输出，且这一过程相对固定的特点，将编码器同轴连接于转盘，即可实现任意工位的加工工件与特定编码的对应。
（三）重力测量仪相关应用分析
如将旋转式光电编码器的转轴元件与重力测量仪内部的的补偿旋转轴元件相连，就可以将重力测量仪内部的补偿旋钮工作产生的角位移量，转化为可测量的电信号，从而实现相应的测量和检测功能。
结语
光电编码器是最为常见的传感器设备，增量式光电编码器具有构造简单、灵活性高、经济性好等特点，可保持平均几万小时的使用寿命，在长距离传输应用中优势明显；绝对式光电编码器成本相对较高，但具有绝对位置测量功能，没有累积误差，信息安全性高不会由于电源切除而消失。随着光电编码器不断发展，其测量进度和应用范围必将得到进一步的提升。
参考文献：
[1]姜义.光电编码器的原理与应用[J].传感器世界，2010（02）.
[2]王显军，吴庆林.光电编码器的应用——细分原理[J].光机电信息，2011（05）.
[3]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（10）.
论文作者:王振羽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
标签：编码器论文; 光电论文; 脉冲论文; 测量论文; 测速论文; 增量论文; 转速论文; 《电力设备》2017年第4期论文;