光電編碼器故障診斷技術研究現狀與展望

張軒豪

（湖北第二師范學院 湖北 武漢 430205）

1 引言

在編碼器的使用過程中難免會出現一定的故障，如果能夠快速找出編碼器故障所在，并對此進行修復，那么編碼器就能夠盡快正常運行和使用。在傳統的編碼器故障檢測過程中，往往是采用人工與檢測設備相結合的方式對故障光電編碼器進行診斷，而這樣的診斷一方面效率較低，通常需要花費10min左右才能夠檢測出故障所在[1-2]，比較耗費人工，另一方面，當光電編碼器運行速度較快時人工也無法對其中存在的故障進行檢測，因此在未來光電編碼器的檢驗過程中，引入自動化的檢測設備和檢測技術是必不可少的。

2 光電編碼器故障診斷的關鍵性技術分析

2.1 基于信號處理的故障診斷方式

基于信號處理的故障診斷方式具體又分為兩種類型，一類是時域分析法，時域分析法能夠對20位的光電編碼器在0.6°/s～120°/s轉速范圍內的故障進行檢測[3]，通過將這一范圍內的光電編碼器運轉情況繪制成相關的曲線圖，相關人員通過觀察曲線圖能夠檢測光電編碼器是否存在故障，但這一方式存在一定的缺陷，檢驗光電編碼器是否存在故障的過程中需要人工不斷地觀察相關的曲線圖來進行判斷，且判斷結果不一定準確，可能存在人為的失誤。除此之外，即便檢測出光電編碼器確實存在故障也無法直接找到其故障所在，在對故障進行修復時，還需要采取其他技術手段具體找到光電編碼器故障出現的位置。另一類方法則是時頻分析法，這一檢測方法的原理是基于正常的光電編碼器與故障的光電編碼器發出的信號頻率是不一樣的，因此對光電編碼器的信號頻率進行檢測，觀察頻率是否正常則能夠辨別出光電編碼器是否存在故障，但這一檢測方式同樣存在缺陷，一旦光電編碼器的故障較小，那么故障較小的光電編碼器發出的信號頻率幾乎與正常的光電編碼器一致，在這樣的情況下，故障較小的光電編碼器可能會被誤判成正常的光電編碼器[4]。

2.2 基于統計分析的故障診斷方式

基于統計分析的故障檢測方式是基于對光電編碼器的統計量進行收集，然后對此進行分析，找出故障所在的一種光電編碼器故障檢測手段。基于統計分析的故障診斷方式同樣有兩種方式，一是基于全面統計的誤碼檢測方法，通過隨機取樣的方式對光電編碼器中的數值進行大量搜集，并對數據進行分析，從而判斷光電編碼器的運行情況，分析其是否存在故障。盡管這一檢測方式具有準確診斷出光電編碼器在各種情況下的斷路、短路和接地故障的優勢，但需要搜集到足夠多的樣本且樣本分布足夠平均[5-6]。另一類方式則是基于主元分析的誤碼檢測方法，通過對廣電編碼器中的冗余信號進行搜集和分析，來判斷光電編碼器是否存在故障及故障存在的位置，這一方法同樣存在一定的局限性，需要進行矩陣運算，且計算量較大，難以在短時間內得出檢測的結果。

3 光電編碼器故障診斷技術的發展趨勢分析

3.1 診斷過程自動化

當前的光電編碼器診斷設備操作方式較為復雜，需要專業的人員進行操作才能夠完成檢測，而隨著光電編碼器的廣泛應用，部分非技術人員也產生了使用光電編碼器診斷設備的需要，因此光電編碼器設備操作自動化，簡化人工操作部分成為了未來光電編碼器檢測設備的一大發展趨勢[7]。

3.2 診斷設備便攜化

如今光電編碼器的應用場景越來越多，在這樣的背景下，光電編碼器需要適用于各種設備檢測環境，且需要在不同的檢測場景中使用，因此縮小當前光電編碼器檢測設備的體積，使其具備便攜式特征以及能夠在各種檢測場景中使用非常必要。

3.3 故障預測

在光電編碼器的使用過程中，一旦出現問題可能會造成無法挽回的損失，因此對光電編碼器在使用過程中的數據進行搜集與分析，對未來光電編碼器可能存在的故障進行預測，并能夠在發生故障前做出預報，主動進行容錯是未來光電編碼器檢測系統中必不可少的功能[8]。

4 總結

當前我國各類光電編碼器診斷技術手段還存在一定的缺陷，光電編碼器診斷設備也存在各類不足，但隨著相關科研人員對各類診斷手段的進一步研究，我國光電編碼器診斷設備將不斷得到優化，具備自動化、方便攜帶、診斷結果準確且能夠預測故障等優良特征。