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技術文章
海德漢編碼器基本工作原理和安裝
點擊次數：2287 發布時間：2023-3-22
1．光電編碼器的工作原理
光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。它是目前應用最多的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，當電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差 90° 的兩路脈沖信號，見圖 5-57。
圖 5-57 編碼器工作原理圖及輸出波形
2．編碼器的分類
根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。
增量式編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉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 90°，從而可方便地判斷出旋轉方向，而 Z 相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。它的優點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息。
絕對式編碼器。絕對式編碼器是直接輸出數字的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有透光和不透光的扇形區相間組成。相鄰碼道的扇區樹木是雙倍關系，碼盤上的碼道數是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件，當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀書一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道必須有 N 條碼道。目前國內已有 16 位的絕對編碼器產品。
混合式絕對編碼器。混合式絕對編碼器輸出兩組信息，一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則同增量式編碼器的輸出信息。
3．光電編碼器的應用
（1）角度測量。
汽車駕駛模擬器，對方向盤旋轉角度的測量選用光電編碼器作為傳感器。重力測量儀采用光電編碼器，把它的轉軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連；扭轉角度儀，利用編碼器測量扭轉角度變化，如扭轉實驗機、漁竿扭轉釣性測試等；擺錘沖擊實驗機，利用編碼器計算沖擊是擺角變化。
（2）長度測量。
① 計米器，利用滾輪周長來測量物體的長度和距離。
② 拉線位移傳感器，利用收卷輪周長計量物體長度距離。
③ 聯軸直測，與驅動直線位移的動力裝置的主軸聯軸，通過輸出脈沖數計量。
④ 介質檢測，在直齒條、轉動鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移的信息。
（3）速度測量。
① 線速度，通過跟儀表連接，測量生產線的線速度。
② 角速度，通過編碼器測量電機、轉軸等的速度測量。
（4）位置測量。
① 在機床方面，記憶機床各個坐標點的坐標位置，如鉆床等。
② 在自動化控制方面，控制在不同位置進行動作。如電梯、提升機等。
（5）同步控制。
通過角速度或線速度，對傳動環節進行同步控制，以達到張力控制。
（二）旋轉編碼器的安裝
1．安裝注意事項
安裝時不要給軸施加直接的沖擊。
編碼器軸與機器的連接，應使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷，或造成撥芯現象。因此，要特別注意。
軸承壽命與使用條件有關，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負荷比規定荷重小，可大大延長軸承壽命。
不要將旋轉編碼器進行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產品不宜長期浸在水、油中，編碼器表面有水和油時應擦拭干凈。
2．振動
加在旋轉編碼器上的振動，往往會成為誤脈沖發生的原因。因此，應對設置場所、安裝場所都加以注意。每轉發生的脈沖數越多，旋轉槽圓盤的槽孔間隔就越窄，就越容易受到振動的影響。在低速旋轉或停止時，加在軸或本體上的振動使旋轉槽圓盤抖動，可能會發生誤脈沖。
3．關于配線和連接
誤配線可能會損壞內部回路，故在配線時應充分注意以下六點。
（1）配線應在電源 OFF 狀態下進行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。
（2）若配線錯誤，則有時會損壞內部回路，所以配線時應充分注意電源的極性等。
（3）若和高壓線、動力線并行配線，則有時會受到感應造成誤動作而致損壞，所以要分離開另行配線。
（4）延長電線時，應在 10 m 以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長。有問題時，采用施密特回路等對波形進行整形。