光電編碼器故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張軒豪

（湖北第二師范學(xué)院 湖北 武漢 430205）

1 引言

在編碼器的使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一定的故障，如果能夠快速找出編碼器故障所在，并對(duì)此進(jìn)行修復(fù)，那么編碼器就能夠盡快正常運(yùn)行和使用。在傳統(tǒng)的編碼器故障檢測(cè)過(guò)程中，往往是采用人工與檢測(cè)設(shè)備相結(jié)合的方式對(duì)故障光電編碼器進(jìn)行診斷，而這樣的診斷一方面效率較低，通常需要花費(fèi)10min左右才能夠檢測(cè)出故障所在[1-2]，比較耗費(fèi)人工，另一方面，當(dāng)光電編碼器運(yùn)行速度較快時(shí)人工也無(wú)法對(duì)其中存在的故障進(jìn)行檢測(cè)，因此在未來(lái)光電編碼器的檢驗(yàn)過(guò)程中，引入自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)是必不可少的。

2 光電編碼器故障診斷的關(guān)鍵性技術(shù)分析

2.1 基于信號(hào)處理的故障診斷方式

基于信號(hào)處理的故障診斷方式具體又分為兩種類型，一類是時(shí)域分析法，時(shí)域分析法能夠?qū)?0位的光電編碼器在0.6°/s～120°/s轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的故障進(jìn)行檢測(cè)[3]，通過(guò)將這一范圍內(nèi)的光電編碼器運(yùn)轉(zhuǎn)情況繪制成相關(guān)的曲線圖，相關(guān)人員通過(guò)觀察曲線圖能夠檢測(cè)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(yàn)光電編碼器是否存在故障的過(guò)程中需要人工不斷地觀察相關(guān)的曲線圖來(lái)進(jìn)行判斷，且判斷結(jié)果不一定準(zhǔn)確，可能存在人為的失誤。除此之外，即便檢測(cè)出光電編碼器確實(shí)存在故障也無(wú)法直接找到其故障所在，在對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)時(shí)，還需要采取其他技術(shù)手段具體找到光電編碼器故障出現(xiàn)的位置。另一類方法則是時(shí)頻分析法，這一檢測(cè)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(fā)出的信號(hào)頻率是不一樣的，因此對(duì)光電編碼器的信號(hào)頻率進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)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(fā)出的信號(hào)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(huì)被誤判成正常的光電編碼器[4]。

2.2 基于統(tǒng)計(jì)分析的故障診斷方式

基于統(tǒng)計(jì)分析的故障檢測(cè)方式是基于對(duì)光電編碼器的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行收集，然后對(duì)此進(jìn)行分析，找出故障所在的一種光電編碼器故障檢測(cè)手段?；诮y(tǒng)計(jì)分析的故障診斷方式同樣有兩種方式，一是基于全面統(tǒng)計(jì)的誤碼檢測(cè)方法，通過(guò)隨機(jī)取樣的方式對(duì)光電編碼器中的數(shù)值進(jìn)行大量搜集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷光電編碼器的運(yùn)行情況，分析其是否存在故障。盡管這一檢測(cè)方式具有準(zhǔn)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(yōu)勢(shì)，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(cè)方法，通過(guò)對(duì)廣電編碼器中的冗余信號(hào)進(jìn)行搜集和分析，來(lái)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(jìn)行矩陣運(yùn)算，且計(jì)算量較大，難以在短時(shí)間內(nèi)得出檢測(cè)的結(jié)果。

3 光電編碼器故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1 診斷過(guò)程自動(dòng)化

當(dāng)前的光電編碼器診斷設(shè)備操作方式較為復(fù)雜，需要專業(yè)的人員進(jìn)行操作才能夠完成檢測(cè)，而隨著光電編碼器的廣泛應(yīng)用，部分非技術(shù)人員也產(chǎn)生了使用光電編碼器診斷設(shè)備的需要，因此光電編碼器設(shè)備操作自動(dòng)化，簡(jiǎn)化人工操作部分成為了未來(lái)光電編碼器檢測(cè)設(shè)備的一大發(fā)展趨勢(shì)[7]。

3.2 診斷設(shè)備便攜化

如今光電編碼器的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多，在這樣的背景下，光電編碼器需要適用于各種設(shè)備檢測(cè)環(huán)境，且需要在不同的檢測(cè)場(chǎng)景中使用，因此縮小當(dāng)前光電編碼器檢測(cè)設(shè)備的體積，使其具備便攜式特征以及能夠在各種檢測(cè)場(chǎng)景中使用非常必要。

3.3 故障預(yù)測(cè)

在光電編碼器的使用過(guò)程中，一旦出現(xiàn)問(wèn)題可能會(huì)造成無(wú)法挽回的損失，因此對(duì)光電編碼器在使用過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集與分析，對(duì)未來(lái)光電編碼器可能存在的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并能夠在發(fā)生故障前做出預(yù)報(bào)，主動(dòng)進(jìn)行容錯(cuò)是未來(lái)光電編碼器檢測(cè)系統(tǒng)中必不可少的功能[8]。

4 總結(jié)

當(dāng)前我國(guó)各類光電編碼器診斷技術(shù)手段還存在一定的缺陷，光電編碼器診斷設(shè)備也存在各類不足，但隨著相關(guān)科研人員對(duì)各類診斷手段的進(jìn)一步研究，我國(guó)光電編碼器診斷設(shè)備將不斷得到優(yōu)化，具備自動(dòng)化、方便攜帶、診斷結(jié)果準(zhǔn)確且能夠預(yù)測(cè)故障等優(yōu)良特征。