如何實現KUBLER庫伯勒光電編碼器信號光纖傳輸
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1.KUBLER庫伯勒光電編碼器介紹
KUBLER庫伯勒光電編碼器在現代電機控制系統中常用以檢測轉軸的位置與速度，是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高精度角位置測量傳感器。由于其具有分辨率高、響應速度快、體積小等特點，被廣泛應用于電機控制系統中。
2.值型光電編碼器信號傳輸的光纖實現
KUBLER庫伯勒編碼器按信號輸出形式分為式編碼器和增量式編碼器。式光電編碼器具有輸出量可與PLC模塊、ARM或FPGA等器件直接接口，無累計誤差等優點，但價格高、制造工藝復雜，不宜實現小型化。型編碼器有兩種類型，單圈和多圈。單圈型編碼器旋轉一圈后自動回到零；多圈型編碼器旋轉到編碼器大圈數、大計數值自動回到零。型編碼器一般采用格雷碼盤編碼。格雷碼(GrayCode)在任意兩個相鄰的數之間轉換時，只有一個數位發生變化。以分辨率24四位二進制碼盤為例。若值編碼器采用二進制8421碼盤，如圖1所示，兩個順序的編碼之間有一位或一位以上二進制位置改變。例如：兩個順序的二進制碼，從0111變到1000，二進制碼的所有位都改變它們的狀態。在改變狀態的過渡時刻得到讀數可能是錯誤的。即位置的同步和采樣變得非常困難
而采用二進制格雷碼盤，如圖2所示，兩個順序的編碼之間，從后一位碼到位碼，只有一位二進制位置改變，這樣使位置的同步和采樣變得準確、簡單、可行。關于自然二進制碼與格雷碼之間的換算關系可以參考相關文獻。
值編碼器信號輸出一般有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出。下面對其輸出方式進行簡單介紹。
2.1 并行輸出
KUBLER庫伯勒值編碼器輸出的是多位數碼(格雷碼或純二進制碼)，并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數碼的1或0，對于位數不高的編碼器，一般就直接以此形式輸出數碼，可直接進入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題：
①必須是格雷碼，因為如是純二進制碼，在數據刷新時可能有多位變化，讀數會在短時間里造成錯碼。
②所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。
③傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對于復雜環境，*好有隔離。
④對于位數較多，要許多芯電纜，并要確保連接優良，由此帶來工程難度，同樣，對于編碼器，要同時有許多節點輸出，增加編碼器的故障損壞率。
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2.2 同步串行(SSI)輸出
串行輸出就是通過約定，在時間上有先后的數據輸出，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。SSI接口如RS422模式，以兩根數據線、兩根時鐘線連接，由接收設備向編碼器發出中斷的時鐘脈沖，位置值由編碼器與時鐘脈沖同步輸出至接收設備。由接收設備發出時鐘信號觸發，編碼器開始輸出與時鐘信號同步的串行信號。串行輸出連接線少，傳輸距離遠，提高了編碼器的可靠性和保護。一般高位數的編碼器都是用串行輸出的。
2.3 現場總線型輸出(異步串行)
現場總線型編碼器是多個編碼器各以一對信號線連接在一起，通過設定地址，用通訊方式傳輸信號，信號的接收設備只需一個接口，就可以讀多個編碼器信號。
總線型編碼器信號遵循R S 4 8 5的物理格式，目前有多種通訊規約，各有優點，還未統一，編碼器常用的通訊規約有如下幾種：PROFIBUS-DP；CAN；DeviceNet等。
總線型編碼器可以節省連接線纜、接收設備接口，傳輸距離遠，在多個編碼器集中控制的情況下還可以大大節省成本。
2.4 變送一體型輸出
其信號已經在編碼器內換算后直接變送輸出，其有模擬量4-20mA輸出、RS485數字輸出、14位并行輸出等。
KUBLER庫伯勒編碼器針對值編碼器的常見輸出信號形式即同步串行輸出(SSI)，提出采用光纖傳輸的方法，從而提高編碼器信號的抗干擾能力以及施工接線的方便性。工業串口光纖Modem將RS-232/422/485電信號直接調制成光信號在光纖上傳輸，解決了電磁干擾、地環干擾和雷電破壞的難題，提高了數據通訊的可靠性、安全性和保密性，適合我方對電磁干擾環境有特殊要求的某控制系統。如圖3所示，編碼器端輸出的同步串行RS-422數據信號通過接口變換電路轉換為TTL信號，然后經過光電轉換器件變換為光信號進行傳輸。同樣，RS-422的時鐘同步信號由接收端通過相同的方式進行轉換，所不同的是數據信號和時鐘同步信號轉換后的光波長不相等，然后通過多模光纖來傳播。
3.KUBLER庫伯勒增量式光電編碼器信號傳輸的光纖實現
增量式光電編碼器不具有計數和接口電路，價格較低，在實際工程中比較常用。
KUBLER庫伯勒增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉換電路組成。如圖4所示。碼盤上刻有節距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期；檢測光柵上刻有A、B兩個與碼盤相對應的透光縫隙，用以通過光源、碼盤之間的光線，從而使光電探測器件檢測到光信號。A、B各自的透光縫隙和碼盤上的透光縫隙相等，但A、B兩組透光縫隙錯開1/4節距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°電角度。A、B兩相相差90°的正交方波脈沖串，代表被測轉軸旋轉了一定的角度，A、B之間的相位關系則反映了被測轉軸的旋轉方向，即當A相超前B相90°，轉動方向為正轉；當B相超前A相90°，轉動方向為反轉；Z信號是一個代表零位的脈沖信號，可以用以調零、對位和重置計數器。
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