電機(jī)的位置檢測(cè)在電機(jī)控制中是十分重要的，特別是需要根據(jù)精確轉(zhuǎn)子位置控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)合，如位置伺服系統(tǒng)。電機(jī)控制系統(tǒng)中的位置檢測(cè)通常有：微電機(jī)解算元件，光電元件，磁敏元件，電磁感應(yīng)元件等。這些位置檢測(cè)傳感器或者與電機(jī)的非負(fù)載端同軸連接，或者直接安裝在電機(jī)的特定的部位。其中光電元件的測(cè)量精度較高，能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置，從而間接的反映出與電機(jī)連接的機(jī)械負(fù)載的準(zhǔn)確的機(jī)械位置，從而達(dá)到精確控制電機(jī)位置的目的。

光電編碼器實(shí)質(zhì)上是一種光電角位移傳感器，這種傳感器綜合電能和光能構(gòu)成一種數(shù)字測(cè)角裝置。其利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器。

常見的光電編碼器由光柵盤，發(fā)光元件和光敏元件組成。光柵實(shí)際上是一個(gè)刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)整形后，變?yōu)槊}沖信號(hào)，每轉(zhuǎn)一圈，輸出一個(gè)脈沖。根據(jù)脈沖的變化，可以精確測(cè)量和控制設(shè)備位移量。

光電編碼器最主要的作用就是測(cè)量某一軸的轉(zhuǎn)速與位置。通常情況下，光電編碼器會(huì)連接在電機(jī)的軸上，用以測(cè)量電機(jī)的角速度角位移，再通過(guò)數(shù)據(jù)的再處理從而達(dá)到閉環(huán)控制的效果。

絕對(duì)式光電編碼器如圖所示，他是通過(guò)讀取編碼盤上的二進(jìn)制的編碼信息來(lái)表示絕對(duì)位置信息的。

編碼盤是按照一定的編碼形式制成的圓盤。圖1是二進(jìn)制的編碼盤，圖中空白部分是透光的，用“0”來(lái)表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”來(lái)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。

增量式光電編碼器是碼盤隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號(hào)，然后根據(jù)位置變化的方向用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，以此達(dá)到位置檢測(cè)的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤、鑒向盤、光敏元件和電子線路組成。

增量式光電編碼器的工作原理是是由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉(zhuǎn)，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯(cuò)開90o相位的窄縫，并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤透過(guò)來(lái)的信號(hào)。工作時(shí)，鑒向盤不動(dòng)，主光柵碼盤隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，光源經(jīng)透鏡平行射向主光柵碼盤，通過(guò)主光柵碼盤和鑒向盤后由光敏二極管接收相位差90o的近似正弦信號(hào)，再由邏輯電路形成轉(zhuǎn)向信號(hào)和計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。為了獲得絕對(duì)位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉(zhuǎn)一周，輸出一個(gè)零位脈沖，使位置角清零。利用增量式光電編碼器可以檢測(cè)電機(jī)的位置和速度。

光電編碼器應(yīng)用舉例

CNC機(jī)床

機(jī)床需要一個(gè)參考點(diǎn)，參考點(diǎn)是機(jī)床廠在伺服軸上建立的固定物理位置。機(jī)床回零點(diǎn)，即數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)。工件坐標(biāo)零點(diǎn)是加工零件時(shí)根據(jù)加工工藝要求，在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定量的偏置生成的，不同的零件其工件坐標(biāo)零點(diǎn)與參考點(diǎn)的偏置量是不同的。當(dāng)參考點(diǎn)丟失時(shí)，工件坐標(biāo)零點(diǎn)就無(wú)法建立，數(shù)控加工程序就不能正常運(yùn)行。參考點(diǎn)一致性出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，數(shù)控加工程序雖可運(yùn)行，但工件零點(diǎn)的一致性發(fā)生變化，加工精度就無(wú)法保證。絕對(duì)式光電編碼器由于已經(jīng)建立柵格點(diǎn)，所以可直接返回原點(diǎn);增量式則需要硬件與控制的配合，在行程最大位復(fù)位為零點(diǎn)，并在每次開機(jī)時(shí)都需要重新設(shè)置。

打印機(jī)

打印機(jī)普遍使用增量式編碼器，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。