脈沖編碼器作為一種關(guān)鍵的位置和速度檢測(cè)元件，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文將從脈沖編碼器的定義、工作原理、分類、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用等多個(gè)方面，對(duì)其進(jìn)行全面而詳細(xì)的解析。

一、定義與性質(zhì)

脈沖編碼器是一種光學(xué)式位置檢測(cè)元件，它通過將編碼盤直接裝在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，以測(cè)出軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化。其輸出信號(hào)為電脈沖，因此也常被視作一種角位移傳感器，同時(shí)也可用作速度檢測(cè)裝置。

二、分類與結(jié)構(gòu)

1. 分類：

● 根據(jù)脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式，可分為接觸式、光電式、電磁式三種。其中，光電式脈沖編碼器因其精度與可靠性都優(yōu)于其他兩種，應(yīng)用最為廣泛。

● 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。

2. 結(jié)構(gòu)：

● 脈沖編碼器通常由一個(gè)圓盤上刻有等間距線紋的圓光柵和一個(gè)固定的扇形薄片指示光柵組成。圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)，而指示光柵則平行放置并固定不動(dòng)。

● 圓光柵分為透明和不透明的部分，當(dāng)光線透過兩個(gè)光柵的線紋部分時(shí)，會(huì)形成明暗相間的條紋。這些條紋被光電元件接收并轉(zhuǎn)換為交替變換的電信號(hào)。

三、工作原理

當(dāng)圓光柵與工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線透過兩個(gè)光柵的線紋部分形成明暗相間的條紋。光電元件接收這些明暗相間的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為近似于正弦波的電流信號(hào)A和B。A和B信號(hào)相位相差90°，經(jīng)過放大和整形后變成方形波。通過測(cè)量這兩個(gè)信號(hào)的脈沖數(shù)目和頻率，可以測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速。此外，還有一個(gè)“每轉(zhuǎn)脈沖”稱為Z相脈沖，用于產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)。

四、優(yōu)缺點(diǎn)

1. 優(yōu)點(diǎn)：

● 無摩擦和磨損：由于采用非接觸式檢測(cè)方式，因此避免了傳統(tǒng)機(jī)械式傳感器的摩擦和磨損問題。

● 驅(qū)動(dòng)力矩小：脈沖編碼器對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩要求較小，不會(huì)給電機(jī)帶來額外的負(fù)擔(dān)。

● 響應(yīng)速度快：能夠?qū)崟r(shí)反映軸的旋轉(zhuǎn)位置和速度變化，具有較快的響應(yīng)速度。

2. 缺點(diǎn)：

● 抗污染能力差：光電元件對(duì)光線敏感，容易受到灰塵、油污等污染物的干擾而影響測(cè)量精度。

● 容易損壞：由于采用精密的光學(xué)元件和電路結(jié)構(gòu)，因此脈沖編碼器在受到?jīng)_擊或振動(dòng)時(shí)容易損壞。

五、應(yīng)用與測(cè)量

脈沖編碼器在機(jī)械設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)床、電機(jī)控制以及機(jī)器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和控制物體的位置及速度，提供高精度的測(cè)量結(jié)果。在測(cè)量方面，脈沖編碼器的輸出信號(hào)包括A、B、Z三相，其中A、B兩相用于測(cè)量位置和方向，Z相用于產(chǎn)生基準(zhǔn)點(diǎn)。通過測(cè)量A、B兩相的脈沖數(shù)目和頻率以及它們的相位關(guān)系，可以精確計(jì)算出被測(cè)軸的角位移、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。

六、信號(hào)類型與調(diào)整方法

1. 信號(hào)類型：

● 脈沖編碼器的輸出信號(hào)通常為數(shù)字脈沖信號(hào)，以TTL（晶體管-晶體管邏輯）或CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）電平表示。這些信號(hào)的高電平和低電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)中的1和0。

● 也有一些特殊類型的編碼器會(huì)輸出模擬脈沖信號(hào)，其幅值會(huì)隨著位置的變化而相應(yīng)地改變。

2. 調(diào)整方法：

● 電源電壓：確保編碼器輸入信號(hào)所需的電源電壓在允許的范圍內(nèi)，以保證其正常運(yùn)行和精確測(cè)量。

● 輸入方式：根據(jù)編碼器的類型和規(guī)格選擇適當(dāng)?shù)妮斎敕绞剑⒋_保連接正確無誤。

● 濾波器：若編碼器輸入信號(hào)受到噪聲干擾，可考慮加入濾波器來減小干擾。例如，TTL電平的編碼器通常在0-5V的范圍內(nèi)工作，而RS422編碼器則可能采用不同的電平標(biāo)準(zhǔn)。通過細(xì)致觀察實(shí)際信號(hào)電平并與編碼器的相關(guān)規(guī)格進(jìn)行對(duì)比，可以對(duì)輸入電平進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以確保其符合編碼器的要求。

綜上所述，脈沖編碼器是一種高精度、高可靠性的位置檢測(cè)元件，在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

審核編輯 黃宇