編碼器工作原理

1、編碼器的工作原理及作用：它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來(lái)控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測(cè)量直線位移。編碼器產(chǎn)生電信號(hào)后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來(lái)處理。這些傳感器主要應(yīng)用在下列方面：機(jī)床、材料加工、電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備。在ELTRA編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的。此系統(tǒng)全部用一個(gè)紅外光源垂直照射，這樣光就把盤(pán)子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準(zhǔn)直儀，它具有和光盤(pán)相同的窗口。接收器的工作

2、是感受光盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的光變化，然后將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。一般地，旋轉(zhuǎn)編碼器也能得到一個(gè)速度信號(hào)，這個(gè)信號(hào)要反饋給變頻器，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：1、旋轉(zhuǎn)編碼器壞（無(wú)輸出）時(shí)，變頻器不能正常工作，變得運(yùn)行速度很慢，而且一會(huì)兒變頻器保護(hù)，顯示“PG1開(kāi)”.聯(lián)合動(dòng)作才能起作用。要使電信號(hào)上升到較高電平，并產(chǎn)生沒(méi)有任何干擾的方波脈沖，這就必須用電子電路來(lái)處理。編碼器pg接線與參數(shù)矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號(hào)相對(duì)應(yīng)。一般而言，編碼器pg型號(hào)分差動(dòng)輸出、集電極開(kāi)路輸出和推挽輸出三種，其信號(hào)的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號(hào)或者

3、設(shè)置合理.編碼器一般分為增量型與絕對(duì)型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開(kāi)始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對(duì)型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記?，F(xiàn)在編碼器的廠家生產(chǎn)的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型編碼器、機(jī)床專用編碼器、伺服電機(jī)專用型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設(shè)備通訊。編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。前者成為碼盤(pán)，后者稱碼尺

4、.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是1”還是0"；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是1”還是0按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。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

5、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。這樣的編碼器是由碼盤(pán)的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干

6、擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于絕對(duì)編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工控定位中。絕對(duì)型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號(hào)必須確保連接很好，對(duì)于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來(lái)諸多不便和降低可靠性，因此，絕對(duì)編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國(guó)生產(chǎn)的絕對(duì)型編碼器串行輸出最常用的是SSI（同步串行輸出）。多圈絕對(duì)式編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(pán)（或多組齒輪，多組碼盤(pán)），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)編碼器就稱

7、為多圈式絕對(duì)編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無(wú)需記憶。多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。多圈式絕對(duì)編碼器在長(zhǎng)度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工控定位中。編碼器工作原理，光電編碼器的工作原理分析編碼器工作原理絕對(duì)脈沖編碼器：APC增量脈沖編碼器：SPC兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測(cè)元件旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器

8、的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過(guò)這兩組脈沖不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。增量型編碼器與絕對(duì)型編碼器的區(qū)分編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分，有增量型編碼器，絕對(duì)型編碼器。增量型編碼器（旋轉(zhuǎn)型）編碼器工作原理：由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零

9、位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤(pán)直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤(pán)是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率一編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。信號(hào)出：信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL）,集電極開(kāi)路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL

10、也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。信號(hào)連接一編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。A、A-,B、B-,Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0,衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。編碼器的定

11、義與功能：在數(shù)字系統(tǒng)里，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進(jìn)制碼按一定的規(guī)律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個(gè)數(shù)字或控制信號(hào)）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個(gè)輸入，在某一時(shí)刻只有一個(gè)輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制碼。如果一個(gè)編碼器有N個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端，則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N<2no例如8線一3線編碼器和10線一4線編碼器分別有8輸入、3位二進(jìn)制碼輸出和10輸入、4位二進(jìn)制碼輸出。1.4線一2線編碼器下面分析4輸入、2位二進(jìn)制輸出的編碼器的工作原理。4線一2線編碼器的功能如表5.2.1所示。表5,

12、2J4線一2娥碼器功能表輸入輸出71Ji-5K100000010Q01001010Q_0口111表5.2所示的媼碼器為高電平輸入有效，因而可由摒/得到加下邏輯表達(dá)式;根據(jù)邏輯表達(dá)式畫(huà)出邏輯圖如圖5.2.1所示。該邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)如表5.2.1所示的功能，即當(dāng)I0I3中某一個(gè)輸入為1,輸出Y1Y0即為相對(duì)應(yīng)的代碼，例如當(dāng)I1為1時(shí)，Y1Y0為01。這里還有一個(gè)問(wèn)題請(qǐng)讀者注意。當(dāng)I0為1,I1I3都為0和I0I3均為0時(shí)Y1Y0都是00,而這兩種情況在實(shí)際中是必須加以區(qū)分的，這個(gè)問(wèn)題留待后面加以解決。當(dāng)然，編碼器也可以設(shè)計(jì)為低電平有效。圖5.2.14線一2線編碼器邏輯圖2.鍵盤(pán)入8421BCD碼編

13、碼器：計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)輸入邏輯電路就是由編碼器組成。圖5.2.2是用十個(gè)按鍵和門(mén)電路組成的8421碼編碼器，其功能如表5.2.2所示，其中S0S9代表十個(gè)按鍵，即對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)09的輸入鍵，它們對(duì)應(yīng)的輸出代碼正好是8421BCD碼，同時(shí)也把它們作為邏輯變量，ABCD為輸出代碼（A為最高位），GS為控制使能標(biāo)志。對(duì)功能表和邏輯電路進(jìn)行分析，都可得知：該編碼器為輸入低電平有效；在按下S0S9中任意一個(gè)鍵時(shí)，即輸入信號(hào)中有一個(gè)為有效電平時(shí)，GS=1,代表有信號(hào)輸入，而只有S0S9均為高電平時(shí)GS=0,代表無(wú)信號(hào)輸入，此時(shí)的輸出代碼0000為無(wú)效代碼。由此解決了前面提出的如何區(qū)分兩種情況下輸出都是全0的問(wèn)題

14、。圖5.2.2用十個(gè)按颼和門(mén)電路組成的8421BQ碼編碼器表5,2,2十個(gè)按犍B421BJD碼編?馬器功能表綜上所述，對(duì)編碼器歸納為以下幾點(diǎn):1 .編碼器的輸入端子數(shù)N（要進(jìn)行編碼的信息的個(gè)數(shù)）與輸出端子數(shù)n（所得編碼的位數(shù)）之間應(yīng)滿足關(guān)系式NK2nb2 .編碼器的每個(gè)輸入端都代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)或其它信息符號(hào)，而且在N個(gè)輸入端中每次只允許有一個(gè)輸入端輸入信號(hào)（輸入低電平有效或輸入高電平有效），輸出為相應(yīng)的二進(jìn)制代碼或二十進(jìn)制代碼（BCD碼）。3.正確使用編碼器的控制端，可以用來(lái)擴(kuò)展編碼器的功能。一、光電編碼器的工作原理光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或

15、數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(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)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖1所示；通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號(hào)。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。（一）增量式編碼器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、

16、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。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。（二）絕對(duì)式編碼器絕對(duì)編碼器是直接輸出數(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)

17、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。目前國(guó)內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。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)，目前有1

18、0位、14位等多種。（三）混合式絕對(duì)值編碼器混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，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。二、光電編碼器的應(yīng)用電路（一）EPC755A光電編碼器的應(yīng)用EPC755A光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測(cè)量、位移測(cè)量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)

19、數(shù)后可得到被測(cè)量的數(shù)字信號(hào)。因此，我們?cè)谘兄破囻{駛模擬器時(shí)，對(duì)方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量選用EPC755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開(kāi)路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門(mén)組成，計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90。，D觸發(fā)器輸出Q（波形W1）為高電平，Q（波形W2）為低電平，上面與非門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)（波形W3）,送至雙向計(jì)數(shù)器74LS19

20、3的加脈沖輸入端CU,進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí)，下面與非門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平（波形W4）。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°,D觸發(fā)器輸出Q（波形W1）為低電平，Q（波形W2）為高電平，上面與非門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平（波形W3）;此時(shí)，下面與非門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)（波形W4）,送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。汽車方向盤(pán)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分到率為360個(gè)脈沖/圈的編碼器,其最大輸出脈沖數(shù)為900個(gè)；實(shí)際使用的計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成，在系統(tǒng)上電初始化時(shí)，先對(duì)其進(jìn)行復(fù)位（CLR信號(hào)），再將

21、其初值設(shè)為800H,即2048（LD信號(hào)）；如此，當(dāng)方向盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為20482948,當(dāng)方向盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為20481148;計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)出D0D11送至數(shù)據(jù)處理電路。實(shí)際使用時(shí)，方向盤(pán)頻繁地進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于存在量化誤差，工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后，方向盤(pán)回中時(shí)計(jì)數(shù)電路輸出可能不是2048,而是有幾個(gè)字的偏差；為解決這一問(wèn)題，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)方向盤(pán)回中檢測(cè)電路，系統(tǒng)工作后，數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)回中檢測(cè)電路，若方向盤(pán)處于回中狀態(tài)，而計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048,可對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行復(fù)位，并重新設(shè)置初值。（二）光電編碼器在重力

22、測(cè)量?jī)x中的應(yīng)用采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，把它的轉(zhuǎn)軸與重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連。重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號(hào)量；旋轉(zhuǎn)式光電編碼器分兩種，絕對(duì)編碼器和增量編碼器。增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤(pán)比絕對(duì)編碼器碼盤(pán)要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實(shí)際上已不具有絕對(duì)編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。它的碼盤(pán)的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出彳t號(hào)是相位差為90。的A相和B相脈沖信號(hào)以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)（它作為碼盤(pán)的基準(zhǔn)位置，給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零

23、位信號(hào)）。從A,B兩個(gè)輸出信號(hào)的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖波形比B道超前兀/2而反轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖比B道滯后兀/2是一實(shí)際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相，與？，當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計(jì)數(shù)來(lái)確定碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)角位移量。通常，若編碼器有N個(gè)（碼道）輸出信號(hào)，其相位差為兀/N,可計(jì)數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，現(xiàn)在N=2。電路的缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差，這種情況出現(xiàn)在當(dāng)某一道信號(hào)處于高”或低”電平狀態(tài)，而另一道信號(hào)正處于高"和低”之間的往返變化狀態(tài)

24、，此時(shí)碼盤(pán)雖然未產(chǎn)生位移，但是會(huì)產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如，碼盤(pán)發(fā)生抖動(dòng)或手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)（下面可以看到，在重力儀測(cè)量時(shí)就會(huì)有這種情況）。是一個(gè)既能防止誤脈沖又能提高分辨率的四倍頻細(xì)分電路。在這里，采用了有記憶功能的D型觸發(fā)器和時(shí)鐘發(fā)生電路。每一道有兩個(gè)D觸發(fā)器串接，這樣，在時(shí)鐘脈沖的間隔中，兩個(gè)Q端（如對(duì)應(yīng)B道的74LS175的第2、7弓|腳）保持前兩個(gè)時(shí)鐘期的輸入狀態(tài)，若兩者相同，則表示時(shí)鐘間隔中無(wú)變化；否則，可以根據(jù)兩者關(guān)系判斷出它的變化方向，從而產(chǎn)生，正向減，反向瑜出脈沖。當(dāng)某道由于振動(dòng)在,，低？'前往復(fù)變化時(shí)，將交替產(chǎn)生，正向陰口,反向？脈沖，這在對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器取代數(shù)和時(shí)就可消除

25、它們的影響（下面儀器的讀數(shù)也將涉及這點(diǎn)）。由此可見(jiàn)，時(shí)鐘發(fā)生器的頻率應(yīng)大于振動(dòng)頻率的可能最大值。由圖4還可看出，在原一個(gè)脈沖信號(hào)的周期內(nèi)，得到了四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。例如，原每圈脈沖數(shù)為1000的編碼器可產(chǎn)生4倍頻的脈沖數(shù)是4000個(gè)，其分辨率為0.09。實(shí)際上，目前這類傳感器產(chǎn)品都將光敏元件輸出信號(hào)的放大整形等電路與傳感檢測(cè)元件封裝在一起，所以只要加上細(xì)分與計(jì)數(shù)電路就可以組成一個(gè)角位移測(cè)量系統(tǒng)（74159是4-16譯碼器）。三、應(yīng)用中問(wèn)題分析及改進(jìn)措施（一）應(yīng)用中問(wèn)題分析光電檢測(cè)裝置的發(fā)射和接收裝置都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在使用中暴露出許多缺陷，其有內(nèi)在因素也有外在因素，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.發(fā)射裝

26、置或接受裝置因機(jī)械震動(dòng)等原因而引起的移位或偏移，導(dǎo)致接收裝置不能可靠的接收到光信號(hào)，而不能產(chǎn)生電信號(hào)。例如；光電編碼器應(yīng)用在軋鋼調(diào)速系統(tǒng)中，因光電編碼器是直接用螺栓固定在電動(dòng)機(jī)的外殼上，光電編碼器的軸通過(guò)較硬的彈簧片和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，因電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載是沖擊性負(fù)載，當(dāng)軋機(jī)過(guò)鋼時(shí)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸和外殼的振動(dòng)。經(jīng)測(cè)定；過(guò)鋼時(shí)光電編碼器振動(dòng)速度為2.6mm/s,這樣的振動(dòng)速度會(huì)損壞光電編碼器的內(nèi)部功能。造成誤發(fā)脈沖，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或誤動(dòng)作，導(dǎo)致事故發(fā)生。2 .因光電檢測(cè)裝置安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，受生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素影響導(dǎo)致光電檢測(cè)裝置不能可靠的工作。如安裝部位溫度高、濕度大，導(dǎo)致光電檢測(cè)裝置內(nèi)部的電

27、子元件特性改變或損壞。例如在連鑄機(jī)送引錠跟蹤系統(tǒng)，由于光電檢測(cè)裝置安裝的位置靠近鑄坯，環(huán)境溫度高而導(dǎo)致光電檢測(cè)裝置誤發(fā)出信號(hào)或損壞，而引發(fā)生產(chǎn)或人身事故。3 .生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾源，對(duì)光電檢測(cè)裝置產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致光電檢測(cè)裝置輸出波形發(fā)生畸變失真,使系統(tǒng)誤動(dòng)或引發(fā)生產(chǎn)事故。例如；光電檢測(cè)裝置安裝在生產(chǎn)設(shè)備本體，其信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至控制系統(tǒng)的距離一般在20m100m,傳輸電纜雖然一般都選用多芯屏蔽電纜，但由于電纜的導(dǎo)線電阻及線間電容的影響再加上和其他電纜同在一起敷設(shè)，極易受到各種電磁干擾的影響，因此引起波形失真，從而使反饋到調(diào)速系統(tǒng)的信號(hào)與實(shí)際值的偏差，而導(dǎo)致系統(tǒng)精度下降。（二）改進(jìn)措施1 .改

28、變光電編碼器的安裝方式。光電編碼器不在安裝在電動(dòng)機(jī)外殼上，而是在電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上制作一固定支架來(lái)獨(dú)立安裝光電編碼器，光電編碼器軸與電動(dòng)機(jī)軸中心必須處于同一水平高度，兩軸采用軟橡膠或尼龍軟管相連接，以減輕電動(dòng)機(jī)沖擊負(fù)載對(duì)光電編碼器的機(jī)械沖擊。采用此方式后經(jīng)測(cè)振儀檢測(cè)，其振動(dòng)速度降至1.2mm/s。2 .合理選擇光電檢測(cè)裝置輸出信號(hào)傳輸介質(zhì)，采用雙絞屏蔽電纜取代普通屏蔽電纜。雙絞屏蔽電纜具有兩個(gè)重要的技術(shù)特性，一是對(duì)電纜受到的電磁干擾具有較強(qiáng)的防護(hù)能力，因?yàn)榭臻g電磁場(chǎng)在線上產(chǎn)生的干擾電流可以互相抵消。雙絞屏蔽電纜的另一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)是互絞后兩線間距很小，兩線對(duì)干擾線路的距離基本相等，兩線對(duì)屏蔽網(wǎng)的分布電

29、容也基本相同，這對(duì)抑制共模干擾效果更加明顯。3 .利用PLC軟件監(jiān)控或干涉。在連鑄生產(chǎn)的送引錠過(guò)程要求光電檢測(cè)裝置產(chǎn)生有時(shí)序性的電信號(hào)，同時(shí),該信號(hào)與整個(gè)過(guò)程不同階段相對(duì)應(yīng)。如圖5。(1)送引錠過(guò)程啟動(dòng)前，光電信號(hào)1為“1：(2)送引錠過(guò)程啟動(dòng)后，在A階段，輻道啟動(dòng)，引錠桿上送。當(dāng)引錠桿擋住光電裝置發(fā)射出的紅外光時(shí)，光電信號(hào)為“0；'當(dāng)紅外光透過(guò)引錠桿中部2個(gè)小圓孔時(shí)，光電裝置發(fā)出信號(hào)2和3,均為“1：(3)送引錠過(guò)程在B階段，光電信號(hào)為“0：輻道停下，引錠桿暫停上送，扇形10段壓下，啟動(dòng)拉矯機(jī)和同步1"，引錠桿繼續(xù)上送。(4)送引錠過(guò)程在C階段，引錠桿上送，并不再擋住紅外光

30、，光電信號(hào)4為"1'；啟動(dòng)同步2"，停下同步1"，引錠桿繼續(xù)上送。至此光電裝置工作過(guò)程結(jié)束。根據(jù)光檢測(cè)電裝置的工作過(guò)程，只要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定送引錠過(guò)程中各個(gè)光電PLC應(yīng)用程序中的相關(guān)數(shù)據(jù),信號(hào)發(fā)生的時(shí)間，結(jié)合送引錠過(guò)程與光電信號(hào)的關(guān)系，利用編制符合要求的PLC程序，將PLC程序輸出信號(hào)輸入至PLC的輸入模塊，替代原光電信號(hào)的輸入信號(hào)。其程序框圖如圖6所示。什么叫光電編碼器光電編碼器是通過(guò)讀取光電編碼盤(pán)上的圖案或編碼信息來(lái)表示與光電編碼器相連的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的。根據(jù)光電編碼器的工作原理可以將光電編碼器分為絕對(duì)式光電編碼器與增量式光電編碼器，下面簡(jiǎn)單介紹下下絕對(duì)式

31、光電編碼器的的結(jié)構(gòu)與工作原理做介紹。絕對(duì)式光電編碼器的結(jié)構(gòu)與工作原理絕對(duì)式光電編碼器如圖所示，他是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的二進(jìn)制的編碼信息來(lái)表示絕對(duì)位置信息的。編碼盤(pán)是按照一定的編碼形式制成的圓盤(pán)。圖1是二進(jìn)制的編碼盤(pán)，圖中空白部分是透光的，用“珠表示；涂黑的部分是不透光的，用“1米表示。通常將組成編碼的圈稱為碼道，每個(gè)碼道表示二進(jìn)制數(shù)的一位，其中最外側(cè)的是最低位，最里側(cè)的是最高位。如果編碼盤(pán)有4個(gè)碼道，則由里向外的碼道分別表示為二進(jìn)制的23、22、21和20,4位二進(jìn)制可形成16個(gè)二進(jìn)制數(shù)，因此就將圓盤(pán)劃分16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)，如0000、0001、1111。按照碼盤(pán)上形成的碼

32、道配置相應(yīng)的光電傳感器，包括光源、透鏡、碼盤(pán)、光敏二極管和驅(qū)動(dòng)電子線路。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí)，扇區(qū)中透光的碼道對(duì)應(yīng)的光敏二極管導(dǎo)通，輸出低電平“0；遮光的碼道對(duì)應(yīng)的光敏二極管不導(dǎo)通，輸出高電平“1；這樣形成與編碼方式一致的高、低電平輸出，從而獲得扇區(qū)的位置腳。光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。在伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤(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)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理如圖所示。通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90°的2個(gè)通道的光碼輸出，根據(jù)雙通道光碼的狀態(tài)變化確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為