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摘要：在介绍光电编码器结构组成和工作原理的基础上，结合了医疗仪器西门子AR-STAR 螺旋CT、柯达900及850系列CR、Fabius CE 型麻醉机故障维修案例，分析了光电编码器出现故障的原因和相应的处理办法。
关键词：光电编码器；故障维修；传感器
前言
随着以数控技术为代表的自动化行业的快速发展，对高精度的传感器的需求更加突出，其中计数精确、磨损较小且具有较高灵敏度的光电编码器被广泛的应用于多个行业领域。光电编码器是集光学、机械和电学三种技术于一体的数字量的传感器，它可以有效的检测机械所处的运动状态，具有体积小，精度高，接口数字化、工作可靠等优点，因此现代的多种医疗仪器中大量选用该设备，比如CT机架旋转类物理数据测量、麻醉机中活塞的运动状态测量、机械零件的位置及运动方向的测量等。通常情况下，光电编码器的输出脉冲和控制电路形成闭合控制回路，从而较为精确的控制仪器的动作。不过，光电编码器的输出量极易受到环境的影响，对其工作状态的影响因素分析具有不小的难度，因此把握光电编码器的工作原理和结构，对其故障的精确分析和维修具有重大的意义。
1.光电编码器工作原理
光电编码器是一种将光电类信号转换为脉冲数字信号的一种仪器，如图1所示。在结构上由光栅盘和光电检测装置组成，其中光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔，光电码盘由于与电动机同轴，在电动机旋转时，光栅盘也跟着以相同的速度旋转，通过发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，如图2所示，通过计算一定时间内光电编码器输出脉冲的个数就能获得当前电动机的转速。此外，为判断旋转的方向，码盘还能够提供相位差为90?的两路脉冲信号。2.光电编码器的特点
和传统形式的机械测量装置相比，光电编码器不仅测量精度更高、抗干扰的能力更强，而且也更容易进行维护，性价比较高，不过光电编码器也存在一定的缺陷。其发射和接收装置容易受到机械振动等原因的影响而产生一定的偏移，导致电信号产生失败；光电检测装置易受现场的环境影响而使光电检测不可靠；此外，光电编码器计算精度时通过码盘上的刻度线进行，因此码盘随着精度的升而增大，也就使生产工艺复杂化，提高了生产成本，且其精度并不是连续的。
随着医疗事业的不断发展，医疗仪器不断更新换代，其中光电编码器在医疗仪器中应用广泛，不过有相当比例的组成元件通过进口获得，成本较高，因此了解光电编码器的工作原理和结构组成，能够在一定程度上降低成本，提升维修的效率。
3.故障维修案例分析
3.1.西门子AR-STAR 螺旋CT故障维修
螺旋CT要求机架的旋转部分能够在测量的范围内维持稳定的速度，以提高扫描的质量并维护设备的安全。其故障现象为控制台作warm up及calibration等和机架作旋转运动有关的程序都不能正常进行，而且机架在启动时，电机的继电器跳开，发生保护性停止。
西门子AR-STAR 螺旋CT的检测单元采用光电编码器原理，并将圆环形状的光阑系统安装在扫描机架孔的一圈，圆环上分布有两千多个割槽，外端部分有一个割槽[6]。机架孔内部的D33检测板上装有光偶GP1A30R，在机架作旋转运动时，光敏管在光阑的作用下接收间断的光线从而产生脉冲AP（Angular pulse）[7]并传到计算机的控制板中，以此来控制电机驱动其工作。
在错误代码检查中，ER07b反复伴随故障出现，这是提示机架AP信号异常的代码。由于该型螺旋CT常处于高速运动的状态，光电电路容易受到污染，因此初步分析D33光电部分异常。将机架断电对D33进行检查并确认完好，同时清洁光电管和光阑，在通电以后作reset通过，且和机架旋转有关的执行程序均正常进行。由此可知，西门子AR-STAR 螺旋CT需要定期进行光电编码器位置的校正。
3.2.柯达900 CR故障维修
柯达900 CR要求IP板扫描电机匀速旋转而且速度可以精确控制，以保证获取原始影像的质量和相应的机械配合。它利用扫描装置SLOW SCAN来控制电机带动IP板在扫描范围内匀速运动，采用光电编码器获得电机转速、方向等变量并传至控制板。
在使用过程中发现柯达900 CR的扫描图像有横向水平干扰伪影，于是进行SLOW SCAN测试，测试表明电机速度幅值图和驱动电流与标准图像具有明显的差别，又光电编码器的工作位置容易受到污染，环境恶劣，因此确定为伺服控制系统中的光电编码器故障。按照一定的操作对其进行彻底的清洁后再次进行LOW SCAN的电流和速度测试，所得图形结果与标准一致且伪影消失。
3.3.Fabius CE型麻醉机故障维修
Fabius CE型麻醉机的呼吸机部分采用光电编码器来进行活塞运动状态的检测，在开机后发现活塞直接冲至螺杆顶端。首先对电源部分进行检查，其电源正常，因此排除驱动电源故障。为了确定马达行程的初始位置，在其起步位置设置一个光耦开关，通过光电编码器来测量其行程和位置。
从故障情况来看，初步怀疑是控制系统故障，因此将光电编码器拆下并通电，却不能看到二极管所产生的红光，于是确定是光电编码器受到破坏。在用同型号的编码器替换后开机，发现仪器工作正常，马达不再冲顶。
4.结束语
光电编码器在发生故障的情况下，大多需要从国外进口新的产品来替换，代价较高且维修时间长，相关的研发设计人员如果可以采用适当的方法改善维修困难的现状，就能够在提高故障维修效率的同时降低费用。光电编码器拥有较多的优势而在医疗仪器中占有重要的地位并有广阔的发展空间，其维修能力的提高具有重大的意义。
参考文献：
[1]杨兴民， 姜小平， 祝莉. 旋转编码器的原理及调整[J].医疗设备信息， 2002， （9）：16， 28.
[2]刘长顺，王显军，韩旭东，等.八矩阵超小型绝对式光电编码器[J].光学精密仪器，2010，18（2）：326-333.
关键词：光电编码器；故障维修；传感器
前言
随着以数控技术为代表的自动化行业的快速发展，对高精度的传感器的需求更加突出，其中计数精确、磨损较小且具有较高灵敏度的光电编码器被广泛的应用于多个行业领域。光电编码器是集光学、机械和电学三种技术于一体的数字量的传感器，它可以有效的检测机械所处的运动状态，具有体积小，精度高，接口数字化、工作可靠等优点，因此现代的多种医疗仪器中大量选用该设备，比如CT机架旋转类物理数据测量、麻醉机中活塞的运动状态测量、机械零件的位置及运动方向的测量等。通常情况下，光电编码器的输出脉冲和控制电路形成闭合控制回路，从而较为精确的控制仪器的动作。不过，光电编码器的输出量极易受到环境的影响，对其工作状态的影响因素分析具有不小的难度，因此把握光电编码器的工作原理和结构，对其故障的精确分析和维修具有重大的意义。
1.光电编码器工作原理
光电编码器是一种将光电类信号转换为脉冲数字信号的一种仪器，如图1所示。在结构上由光栅盘和光电检测装置组成，其中光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔，光电码盘由于与电动机同轴，在电动机旋转时，光栅盘也跟着以相同的速度旋转，通过发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，如图2所示，通过计算一定时间内光电编码器输出脉冲的个数就能获得当前电动机的转速。此外，为判断旋转的方向，码盘还能够提供相位差为90?的两路脉冲信号。2.光电编码器的特点
和传统形式的机械测量装置相比，光电编码器不仅测量精度更高、抗干扰的能力更强，而且也更容易进行维护，性价比较高，不过光电编码器也存在一定的缺陷。其发射和接收装置容易受到机械振动等原因的影响而产生一定的偏移，导致电信号产生失败；光电检测装置易受现场的环境影响而使光电检测不可靠；此外，光电编码器计算精度时通过码盘上的刻度线进行，因此码盘随着精度的升而增大，也就使生产工艺复杂化，提高了生产成本，且其精度并不是连续的。
随着医疗事业的不断发展，医疗仪器不断更新换代，其中光电编码器在医疗仪器中应用广泛，不过有相当比例的组成元件通过进口获得，成本较高，因此了解光电编码器的工作原理和结构组成，能够在一定程度上降低成本，提升维修的效率。
3.故障维修案例分析
3.1.西门子AR-STAR 螺旋CT故障维修
螺旋CT要求机架的旋转部分能够在测量的范围内维持稳定的速度，以提高扫描的质量并维护设备的安全。其故障现象为控制台作warm up及calibration等和机架作旋转运动有关的程序都不能正常进行，而且机架在启动时，电机的继电器跳开，发生保护性停止。
西门子AR-STAR 螺旋CT的检测单元采用光电编码器原理，并将圆环形状的光阑系统安装在扫描机架孔的一圈，圆环上分布有两千多个割槽，外端部分有一个割槽[6]。机架孔内部的D33检测板上装有光偶GP1A30R，在机架作旋转运动时，光敏管在光阑的作用下接收间断的光线从而产生脉冲AP（Angular pulse）[7]并传到计算机的控制板中，以此来控制电机驱动其工作。
在错误代码检查中，ER07b反复伴随故障出现，这是提示机架AP信号异常的代码。由于该型螺旋CT常处于高速运动的状态，光电电路容易受到污染，因此初步分析D33光电部分异常。将机架断电对D33进行检查并确认完好，同时清洁光电管和光阑，在通电以后作reset通过，且和机架旋转有关的执行程序均正常进行。由此可知，西门子AR-STAR 螺旋CT需要定期进行光电编码器位置的校正。
3.2.柯达900 CR故障维修
柯达900 CR要求IP板扫描电机匀速旋转而且速度可以精确控制，以保证获取原始影像的质量和相应的机械配合。它利用扫描装置SLOW SCAN来控制电机带动IP板在扫描范围内匀速运动，采用光电编码器获得电机转速、方向等变量并传至控制板。
在使用过程中发现柯达900 CR的扫描图像有横向水平干扰伪影，于是进行SLOW SCAN测试，测试表明电机速度幅值图和驱动电流与标准图像具有明显的差别，又光电编码器的工作位置容易受到污染，环境恶劣，因此确定为伺服控制系统中的光电编码器故障。按照一定的操作对其进行彻底的清洁后再次进行LOW SCAN的电流和速度测试，所得图形结果与标准一致且伪影消失。
3.3.Fabius CE型麻醉机故障维修
Fabius CE型麻醉机的呼吸机部分采用光电编码器来进行活塞运动状态的检测，在开机后发现活塞直接冲至螺杆顶端。首先对电源部分进行检查，其电源正常，因此排除驱动电源故障。为了确定马达行程的初始位置，在其起步位置设置一个光耦开关，通过光电编码器来测量其行程和位置。
从故障情况来看，初步怀疑是控制系统故障，因此将光电编码器拆下并通电，却不能看到二极管所产生的红光，于是确定是光电编码器受到破坏。在用同型号的编码器替换后开机，发现仪器工作正常，马达不再冲顶。
4.结束语
光电编码器在发生故障的情况下，大多需要从国外进口新的产品来替换，代价较高且维修时间长，相关的研发设计人员如果可以采用适当的方法改善维修困难的现状，就能够在提高故障维修效率的同时降低费用。光电编码器拥有较多的优势而在医疗仪器中占有重要的地位并有广阔的发展空间，其维修能力的提高具有重大的意义。
参考文献：
[1]杨兴民， 姜小平， 祝莉. 旋转编码器的原理及调整[J].医疗设备信息， 2002， （9）：16， 28.
[2]刘长顺，王显军，韩旭东，等.八矩阵超小型绝对式光电编码器[J].光学精密仪器，2010，18（2）：326-333.