光电编码器的原理与应用new

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1、摘要：位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较。光电编码器就是一种旋转式位置传感器，在现代数控伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量。目前生产和使用的数控机床大多采用的是半闭环控制方式，大多数的系统生产厂家均将位置编码器内置于驱动电机端部，间接测量执行部件的实际位置或位移。关键词：光电编码器；角位移；脉冲；传感器中图分类号：TP206+.1TP212.1文献标识码：A文章编号：1006-883X(2010)02-0016-05姜义一、引言光电编码器是一种旋转式位置传感器，在现代伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测

2、量，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动，能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。光电编码器分为绝对式和增量式两种类型。增量式光电编码器具有结构简单、体积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优点，应用更为广泛。在高分辨率和大量程角速率／位移测量系统中，增量式光电编码器更具优越性。绝对式编码器能直接给出对应于每个转角的数字信息，便于计算机处理，但当进给数大于一转时，须作特别处理，而且必须用减速齿轮将两个以上的编码器连接起来，组成多级检测装置，使其结构复杂、成本高。二、增量式编码器1.增量式光电编码器的结构23456增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，

3、然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编码器7结构示意图如图1所示。光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后1在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等(a)外形(b)内部结构分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上1—转轴2－发光二极管3－光栏板就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢4－零标志位光槽5－光敏元件6－码盘薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。7－电源及信号线连接座图1增量式光电码盘结构示意图2.增量式编码器的工作原理增量式编码器的工作原理如图2所

4、示。它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。在图形的主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错16传感器世界2010.02www.sensorworld.com.cnTechnology&Application主码盘如图1中的“零位标志槽”。码盘每光源转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，光电变换器见图3中的C0脉冲。A透镜图4给出了编码器正反转时A、鉴向盘B信号的波形及其时序关系，当编B码器正转时A信号的相位超前B信图2增量式编码器工作原理(a)A超前

5、于B，判断为正向旋转号90°，如图4(a)所示；反转时则B信号相位超前A信号90°，如图4(b)所示。A和B输出的脉冲个数与被测角位移变化量成线性关系，因此，通过对脉冲个数计数就能计算出相应的角位移。根据A和B之间的这种关系正确地解调出被测机械的旋(b)A滞后于B，判断为反向旋转转方向和旋转角位移/速率就是所图3光电编码器的输出波形图4光电编码器的正传和反转波形谓的脉冲辨向和计数。脉冲的辨向开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相和计数既可用软件实现也可用硬件实现。位上相差90°。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主三、

6、绝对式编码器码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通接触式和电磁式三种。过，光电变换器输出电压为最大。主码盘每转过一个刻线光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电的圆盘上精确地印制上二进制编码。图5所示为四位二进变换器A、B的输出电压相位差为90°。制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码光电编码器的光源最常用的是自

7、身有聚光效果的发光道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码。二极管。当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把此光在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。内可编数码数为24=16个。光电编码器的测量