引言

光電軸角編碼器（以下簡稱光電編碼器），它是以高精度計量圓光柵為檢測元件，通過光電轉換及相應硬件處理電路將輸入的角位置信息轉換成相應的數字代碼，并可與計算機等控制系統(tǒng)及顯示裝置相連接，實現數字化測量、控制與顯示。

光電軸編碼器具有較高的性能價格比，且具有結構緊湊、可靠性高、精度高等優(yōu)點，廣泛地應用于數控機床、機器人、雷達、光電經緯儀、地面指揮儀和高精度閉環(huán)調速系統(tǒng)等諸多領域，是自動化設備理想的角度和速度傳感器，它已成為檢測旋轉角度和線性位置的最為重要的手段之一。

本文主要介紹光電編碼器的選型原則。

光電編碼器類型簡介

光電編碼器按所使用的光學碼盤圖案通常分為增量式、絕對式與混合式三種，其中增量式編碼器主要用于測量旋轉軸速度，絕對式編碼器主要用于測量旋轉軸的空間位置，混合式編碼器是增量式編碼器與絕對式編碼器的組合，具備增量編碼器和絕對式編碼器的一些特點。光電編碼器后端加入處理芯片之后，三種光電編碼器都具有測量旋轉軸速度與空間位置的功能。具體光柵圖案見圖1～圖3，其原理已有很多文章介紹，這里不再贅述。

光電編碼器選型原則

目前，使用光電編碼器測量角度和長度已經是成熟技術。在進行光電編碼器選型時主要從以下幾個方面考慮：

光電編碼器類型；

外形；

分辨率、精度；

信號輸出形式。

光電編碼器類型選擇

光電編碼器通常用于角度測量，并且經過機械裝置轉換后也可以進行長度的測量，因此光電編碼器在角度和長度測量領域應用很廣泛。

測長度還是測角度；測長度如何通過機械方式轉換；測量范圍是360°以內（單圈），還是超過360°（多圈）；轉動方向是一個方向旋轉循環(huán)工作，還是正反向方向循環(huán)工作；測量速度還是測量角位置，這都是在選擇光電編碼器時需要事先確定的。

角度測速常采用增量式編碼器，其具有體積小、價格低等優(yōu)點，且可以無限累加測量，因此目前增量式編碼器在測速應用方面仍處于無可取代的主流位置。增量式編碼器在轉動時輸出脈沖，通過計數裝置來計算速度和位置。當編碼器斷電時，依靠計數裝置的內部記憶來保存位置，因此斷電后，編碼器不能有任何轉動。當再次通電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有脈沖干擾，否則，計數裝置記憶的零點就會偏移，而且這種偏移量是不確定的，只有錯誤的生產結果出現后才能發(fā)現。解決這個問題的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，用參考標記修正計數裝置的計數值。在經過參考點以前，是不能保證位置的準確性的。因此，在工業(yè)控制中有每次操作先找參考點的操作步驟。這樣的操作對有些工控項目比較麻煩，甚至有些項目不允許開機尋找參考點，并且對位置、零位有嚴格要求，則這樣的項目就應該選用絕對式編碼器。

絕對式編碼器輸出代碼具有位置唯一性（單圈或多圈），經過后續(xù)控制系統(tǒng)進行運算后不僅可以測位置也可以測速。絕對式編碼器光柵碼盤上有許多條刻線，每條刻線依次以2線、4線、8線、16線……排列，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每條刻線的亮、暗，獲得一組從20～2n-1的唯一的二進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對式編碼器。絕對式編碼器輸出角度信息由光柵碼盤機械位置決定，因此每個位置具有唯一性，它無需記憶，無需找參考點，不受斷電、干擾的影響。所以，光電編碼器的抗干擾性、數據的可靠性大大提高。由于絕對式編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經越來越多地應用于工控定位中。

絕對式編碼器又分為單圈絕對式編碼器和多圈絕對式編碼器。

當編碼器主軸轉動超過360°時，角度編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼的唯一原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍在360°以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

如果要測量旋轉超過360°角度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。運用鐘表齒輪的傳動原理，當主光柵碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪、多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對式編碼器就稱為多圈絕對式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，且無需記憶。多圈絕對式編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經越來越多地應用于工控定位中。

光電編碼器機械外形選擇

光電編碼器機械外形選擇主要包括以下幾方面：

軸的連接形式：空心軸（軸套型連接）、實心軸（通過軟性聯軸器連接）；

軸徑；

定位止口，安裝孔位；

電纜出線方式；

安裝空間體積；

工作環(huán)境防護等級?，F場條件惡劣的，必須使用金屬光柵的旋轉編碼器，通常金屬光柵每圈脈沖數一般不大于1000個。

光電編碼器分辨率、精度選擇

光電編碼器類型選擇

光電編碼器通常用于角度測量，并且經過機械裝置轉換后也可以進行長度的測量，因此光電編碼器在角度和長度測量領域應用很廣泛。

測長度還是測角度；測長度如何通過機械方式轉換；測量范圍是360°以內（單圈），還是超過360°（多圈）；轉動方向是一個方向旋轉循環(huán)工作，還是正反向方向循環(huán)工作；測量速度還是測量角位置，這都是在選擇光電編碼器時需要事先確定的。

角度測速常采用增量式編碼器，其具有體積小、價格低等優(yōu)點，且可以無限累加測量，因此目前增量式編碼器在測速應用方面仍處于無可取代的主流位置。增量式編碼器在轉動時輸出脈沖，通過計數裝置來計算速度和位置。當編碼器斷電時，依靠計數裝置的內部記憶來保存位置，因此斷電后，編碼器不能有任何轉動。當再次通電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有脈沖干擾，否則，計數裝置記憶的零點就會偏移，而且這種偏移量是不確定的，只有錯誤的生產結果出現后才能發(fā)現。解決這個問題的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，用參考標記修正計數裝置的計數值。在經過參考點以前，是不能保證位置的準確性的。因此，在工業(yè)控制中有每次操作先找參考點的操作步驟。這樣的操作對有些工控項目比較麻煩，甚至有些項目不允許開機尋找參考點，并且對位置、零位有嚴格要求，則這樣的項目就應該選用絕對式編碼器。

絕對式編碼器輸出代碼具有位置唯一性（單圈或多圈），經過后續(xù)控制系統(tǒng)進行運算后不僅可以測位置也可以測速。絕對式編碼器光柵碼盤上有許多條刻線，每條刻線依次以2線、4線、8線、16線……排列，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每條刻線的亮、暗，獲得一組從20～2n-1的唯一的二進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對式編碼器。絕對式編碼器輸出角度信息由光柵碼盤機械位置決定，因此每個位置具有唯一性，它無需記憶，無需找參考點，不受斷電、干擾的影響。所以，光電編碼器的抗干擾性、數據的可靠性大大提高。由于絕對式編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經越來越多地應用于工控定位中。

絕對式編碼器又分為單圈絕對式編碼器和多圈絕對式編碼器。

當編碼器主軸轉動超過360°時，角度編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼的唯一原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍在360°以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

如果要測量旋轉超過360°角度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。運用鐘表齒輪的傳動原理，當主光柵碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪、多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對式編碼器就稱為多圈絕對式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，且無需記憶。多圈絕對式編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經越來越多地應用于工控定位中。

光電編碼器機械外形選擇

光電編碼器機械外形選擇主要包括以下幾方面：

軸的連接形式：空心軸（軸套型連接）、實心軸（通過軟性聯軸器連接）；

軸徑；

定位止口，安裝孔位；

電纜出線方式；

安裝空間體積；

工作環(huán)境防護等級?，F場條件惡劣的，必須使用金屬光柵的旋轉編碼器，通常金屬光柵每圈脈沖數一般不大于1000個。

光電編碼器分辨率、精度選擇