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光電編碼器能將角位移或線位移信息經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量,具有分辨率高,可靠性好,抗干擾能力強(qiáng),應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。光電編碼器可分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。 一增量式編碼器 1原理,上一節(jié),增量式編碼器的原理是光柵的莫爾條紋。形成莫爾條紋必須由兩塊柵距相等的光柵組成(w1=w2),如圖3.3.21所示。,2結(jié)構(gòu) 1)光源,3.3.2 光電編碼器,光源一般采用近紅外發(fā)光二極管,此類LED動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,使用壽命長(zhǎng),發(fā)光峰值波長(zhǎng)為0.94,與所使用的光電信息轉(zhuǎn)換器件峰值波長(zhǎng)相近,外形尺寸為直徑2mm,長(zhǎng)度5mm,和環(huán)氧樹脂透鏡封裝在一起。,主光柵盤安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上,與被測(cè)軸連接作同步轉(zhuǎn)動(dòng),指示光柵一般不使用整塊光柵盤,而是使用光柵的一角,但柵距與主光柵相同。,2)光柵盤,3)光電信息轉(zhuǎn)換器件,4)機(jī)械結(jié)構(gòu),光電信息轉(zhuǎn)換器件,也叫光電接收器,一般使用光敏二極管或光敏三極管,與LED的峰值波長(zhǎng)匹配。實(shí)用上一般使用一對(duì)光電接收器,放置間距調(diào)整到莫爾條紋間距的四分之一,這樣兩光電接收器輸出的信號(hào)相位差正好是900。,安裝光柵盤的 轉(zhuǎn)軸通過滾珠軸承與機(jī)械外殼連接,外殼由金屬封閉,以防電磁場(chǎng)的干擾,實(shí)際應(yīng)用時(shí)固定編碼器外殼,轉(zhuǎn)動(dòng)軸與被測(cè)軸連接即可。,3增量式編碼器的應(yīng)用 1)精確測(cè)量角度和角位移; 2)精確測(cè)量轉(zhuǎn)速; 3)測(cè)量線速度,由測(cè)量轉(zhuǎn)速間接求得; 4)測(cè)量線性位移,由測(cè)量角位移間接求得。,4信號(hào)處理電路 信號(hào)處理電路框圖如圖3.3.22所示。,當(dāng)光柵盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),光電接收器輸出近似的正弦信號(hào),經(jīng)放大后由施密特比較器進(jìn)行整形。辨向電路如圖3.3.23所示。如編碼器正轉(zhuǎn),則 V1的相位超前900,V0輸出為“1”,控制可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù),反之則V2的相位超前900 ,V0輸出為“0”, 控制可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)。,3.3.2 光電編碼器,二絕對(duì)式編碼器 1原理 將光學(xué)碼盤進(jìn)行絕對(duì)式編碼,用透光和不透光表示二進(jìn)制代碼的“1”和“0”,編碼方式按二進(jìn)制碼或循環(huán)碼等規(guī)律進(jìn)行。 2二進(jìn)制編碼方式 將碼盤加工成數(shù)個(gè)碼道,每個(gè)碼道有黑白分明的碼字組成,外層碼道代表二進(jìn)制的最低位,最里面的碼道代表二進(jìn)制的最高位,碼字的排列按二進(jìn)制規(guī)律進(jìn)行,圖3.3.24為一個(gè)由五個(gè)碼道組成的二進(jìn)制碼盤,圖3.3.25是編碼表及展開圖。二進(jìn)制碼盤的碼道數(shù)n和碼道編碼容量M之間關(guān)系為: M2 n 角度分辨率與碼道數(shù)n間的關(guān)系為 360 o/M360 o/2 n 對(duì)應(yīng)于五個(gè)碼道,360/M360/2 511.25 o 。對(duì)于21個(gè)碼道,0。68”。,3.3.2 光電編碼器,3循環(huán)碼編碼方式 循環(huán)碼編碼的形式有格雷碼,周期碼,反射碼等。循環(huán)碼盤的特點(diǎn)是相鄰的兩組數(shù)碼之間只有一位是變化的。因此,即使制作和安裝不準(zhǔn),產(chǎn)生的誤差最多也不會(huì)超過讀數(shù)的最低位的單位量。任何一位產(chǎn)生延遲或提前進(jìn)位,產(chǎn)生的誤差也只能是“1”。 圖3.3.26是一種典型的格雷碼圖案,有五個(gè)碼道構(gòu)成,圖3.3.27是相應(yīng)的編碼表和展開圖,其中黑線代表“0”,白線代表“1”。,循環(huán)碼的另一個(gè)特點(diǎn)是最外層的碼字寬比二進(jìn)制的大一倍,這對(duì)減少多碼道的碼盤直徑、光源和光電轉(zhuǎn)換器件的安裝調(diào)整都帶來方便。循環(huán)碼的缺點(diǎn)是沒有固定的權(quán),故很難閱讀和計(jì)算,實(shí)際應(yīng)用時(shí)需將循環(huán)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。 從表3.3.21可以看出,高位二種碼的取值相同,用C表示二進(jìn)制,R表示循環(huán)碼,i表示碼道數(shù),I1,代表最里層(高位)的碼道。,4絕對(duì)式編碼器的結(jié)構(gòu) 絕對(duì)式編碼器由光源、碼盤、光電信息轉(zhuǎn)換器件、電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。 在基體上形成透明和不透明碼區(qū)的循環(huán)碼盤,其制成方法是利用一個(gè)精密設(shè)計(jì)制造的母碼盤,通過光刻方法復(fù)制生產(chǎn)出使用的碼盤,碼盤的制造精度直接影響編碼器的輸出精度。 絕對(duì)式編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3.28所示。,3.3.2 光電編碼器,5絕對(duì)式編碼器的特點(diǎn) 1)能反映被測(cè)值(角度,位移等)的絕對(duì)值,也能測(cè)出變化量的相對(duì)值(讀出初始值和終值),不怕掉電。 2)如測(cè)量值大于360度,則需要用二個(gè)碼盤,由齒輪精確傳動(dòng),使大碼盤轉(zhuǎn)一周,小碼盤轉(zhuǎn)一個(gè)單位(1位)。這樣,只要讀出大碼盤和小碼盤的值,就可測(cè)出較大
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