编码器的故障建模.doc

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1、一、编码器工作原理1、光电编码器的基本部件：（1）数据扫描系统·LED光源&光敏电阻/永磁&霍尔元件·增量码盘/绝对值码盘·数据处理系统（2）机械系统•旋转轴•安装法兰+附件•轴承系统•支架外壳（3）电气输出•短路保护•反极性保护•放大电路•抗干扰电路等•数据输出增量/绝对值82、光电编码器工作原理光电编码器，是一种通过光电转换将输入给轴的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图1所示图1光电编码器工作原理及输出波形在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条

2、，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度的两路脉冲信号，如图1所示。光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。2.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90度，从而可方便地判断出旋转方向，而8Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几

3、万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用90度相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。下面为增量式旋转编码器的内部工作原理（附图）A,B两点对应两

4、个光敏接受管，A,B两点间距为S2,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。8通过输出波形图可知每个运动周期的时序为我们把当前的A,B输出

5、值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消耗的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。我们常用的鼠标也是这个原理。2.2绝对式编码器绝对式编码器

6、是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：（1）可以直接读出角度坐标的绝对值；8（2）没有累积误差；（3）电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等。绝对式编码器有与位置相对应的代码输出，通常为二进制码或BCD码。从代码数大小的变化可以判

7、别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为0—360度。编码器属于高精密仪器，安装时不得敲击和碰撞。轴端联接避免钢性联接，而应采用弹性联轴器、尼龙齿轮或同步带联接传动。使用转速不要超过标称转速，否则会影响电气信号。3、绝对值和增量编码器的区别增量编码器：·一般用来测试速度与方向·也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失·显示速度与旋转方向·显示角度位置(脉冲累计)·角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失·分辨率通过每转多少脉冲表示8

8、绝对值编码器·传送在一转中每一步的唯一的位置信息·位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时·一般应用于角度测量及往复运动·应用于角度测量及往复运动的测量·在0到360度的每一个角度位置传输一个唯一的信号(单圈)·在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈）·即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零!·码盘材质一般为玻璃或高分子材料！二、编码器的故障和现象1、编码器在安装时不可与用户输出轴之间采用