光电编码器故障诊断技术研究现状与展望

张轩豪

（湖北第二师范学院 湖北 武汉 430205）

1 引言

在编码器的使用过程中难免会出现一定的故障，如果能够快速找出编码器故障所在，并对此进行修复，那么编码器就能够尽快正常运行和使用。在传统的编码器故障检测过程中，往往是采用人工与检测设备相结合的方式对故障光电编码器进行诊断，而这样的诊断一方面效率较低，通常需要花费10min左右才能够检测出故障所在[1-2]，比较耗费人工，另一方面，当光电编码器运行速度较快时人工也无法对其中存在的故障进行检测，因此在未来光电编码器的检验过程中，引入自动化的检测设备和检测技术是必不可少的。

2 光电编码器故障诊断的关键性技术分析

2.1 基于信号处理的故障诊断方式

基于信号处理的故障诊断方式具体又分为两种类型，一类是时域分析法，时域分析法能够对20位的光电编码器在0.6°/s～120°/s转速范围内的故障进行检测[3]，通过将这一范围内的光电编码器运转情况绘制成相关的曲线图，相关人员通过观察曲线图能够检测光电编码器是否存在故障，但这一方式存在一定的缺陷，检验光电编码器是否存在故障的过程中需要人工不断地观察相关的曲线图来进行判断，且判断结果不一定准确，可能存在人为的失误。除此之外，即便检测出光电编码器确实存在故障也无法直接找到其故障所在，在对故障进行修复时，还需要采取其他技术手段具体找到光电编码器故障出现的位置。另一类方法则是时频分析法，这一检测方法的原理是基于正常的光电编码器与故障的光电编码器发出的信号频率是不一样的，因此对光电编码器的信号频率进行检测，观察频率是否正常则能够辨别出光电编码器是否存在故障，但这一检测方式同样存在缺陷，一旦光电编码器的故障较小，那么故障较小的光电编码器发出的信号频率几乎与正常的光电编码器一致，在这样的情况下，故障较小的光电编码器可能会被误判成正常的光电编码器[4]。

2.2 基于统计分析的故障诊断方式

基于统计分析的故障检测方式是基于对光电编码器的统计量进行收集，然后对此进行分析，找出故障所在的一种光电编码器故障检测手段。基于统计分析的故障诊断方式同样有两种方式，一是基于全面统计的误码检测方法，通过随机取样的方式对光电编码器中的数值进行大量搜集，并对数据进行分析，从而判断光电编码器的运行情况，分析其是否存在故障。尽管这一检测方式具有准确诊断出光电编码器在各种情况下的断路、短路和接地故障的优势，但需要搜集到足够多的样本且样本分布足够平均[5-6]。另一类方式则是基于主元分析的误码检测方法，通过对广电编码器中的冗余信号进行搜集和分析，来判断光电编码器是否存在故障及故障存在的位置，这一方法同样存在一定的局限性，需要进行矩阵运算，且计算量较大，难以在短时间内得出检测的结果。

3 光电编码器故障诊断技术的发展趋势分析

3.1 诊断过程自动化

当前的光电编码器诊断设备操作方式较为复杂，需要专业的人员进行操作才能够完成检测，而随着光电编码器的广泛应用，部分非技术人员也产生了使用光电编码器诊断设备的需要，因此光电编码器设备操作自动化，简化人工操作部分成为了未来光电编码器检测设备的一大发展趋势[7]。

3.2 诊断设备便携化

如今光电编码器的应用场景越来越多，在这样的背景下，光电编码器需要适用于各种设备检测环境，且需要在不同的检测场景中使用，因此缩小当前光电编码器检测设备的体积，使其具备便携式特征以及能够在各种检测场景中使用非常必要。

3.3 故障预测

在光电编码器的使用过程中，一旦出现问题可能会造成无法挽回的损失，因此对光电编码器在使用过程中的数据进行搜集与分析，对未来光电编码器可能存在的故障进行预测，并能够在发生故障前做出预报，主动进行容错是未来光电编码器检测系统中必不可少的功能[8]。

4 总结

当前我国各类光电编码器诊断技术手段还存在一定的缺陷，光电编码器诊断设备也存在各类不足，但随着相关科研人员对各类诊断手段的进一步研究，我国光电编码器诊断设备将不断得到优化，具备自动化、方便携带、诊断结果准确且能够预测故障等优良特征。