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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>電子資料>編碼器的分類及增量式光電編碼器的工作原理(可下載)

編碼器的分類及增量式光電編碼器的工作原理(可下載)

2025-03-05 | pdf | 468.68 KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

一、編碼器介紹

編碼器是一種傳感器,主要是用來檢測機(jī)械運(yùn)動的速度、位置、角度、距離或計數(shù),它是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字化檢測裝置,它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用可靠、易于維護(hù)、性價比高等優(yōu)點(diǎn)

近些年來,它發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)產(chǎn)品,在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的引用

光電編碼器可以定義為:一種通過光電轉(zhuǎn)換,將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器,它主要用于速度或位置(角度)的檢測。比較典型的光電編碼器由碼盤(Disk)、檢測光柵(Mask)、光電轉(zhuǎn)換電路(包括光源、光敏器件、信號轉(zhuǎn)換電路)、機(jī)械部件等組成

 

二、編碼器的分類

對于編碼器的分類,可以用下圖一的結(jié)構(gòu)來表示:

上圖一所示的分類只是其中一種分類方法。另外,按照編碼器運(yùn)動部件的運(yùn)動方式來分,可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。根據(jù)檢測原理,編碼器可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。旋轉(zhuǎn)式光電編碼器容易做成全封閉型式,易于實(shí)現(xiàn)小型化,傳感長度較長,具有較長的環(huán)境適用能力,因而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用

 

三、編碼器中常用的術(shù)語

1、輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù),對于光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器,通常與旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部光柵的槽數(shù)相同(也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的 2 倍,4 倍)

2、分辨率

分辨率表示旋轉(zhuǎn)編碼器的主軸旋轉(zhuǎn)一周,讀出位置數(shù)據(jù)的最大等分?jǐn)?shù)。絕對值型不以脈沖形式輸出,而已代碼形式表示當(dāng)前主軸位置(角度)。與增量型不同,相當(dāng)于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)”

3、光柵

光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器,其光柵有金屬和玻璃兩種。如果式金屬制成的,會開有通光孔槽;如果是玻璃制成的,是在玻璃表面涂了一層遮光膜,在此上面設(shè)有透明線條(槽)。在槽數(shù)少的場合,可以在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵。玻璃制的與金屬制的光柵相比不耐沖擊,因此在使用上請注意,不要將沖擊直接施加于編碼器上

4、最大響應(yīng)頻率

是在 1 秒內(nèi)能響應(yīng)的最大脈沖數(shù)(例:最大響應(yīng)頻率為 2KHz,即 1 秒內(nèi)可響應(yīng) 2000 個脈沖),公 式如下:

最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速(RPM)/ 60 *(脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))=輸出頻率 Hz

5、最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速

是指可響應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速,在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖都可響應(yīng),公式如下:

最大響應(yīng)頻率(Hz)/ (脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)) * 60 = 軸的轉(zhuǎn)速 RPM

6、輸出電壓

是指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變換而有所變化

7、格雷碼

格雷碼是高級數(shù)據(jù),因?yàn)槭菃卧嚯x和循環(huán)碼,所以很安全。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時, 格雷碼必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼

8、轉(zhuǎn)速

改速度指示編碼器的機(jī)械載荷限制。如果超出該限制,將對軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響,另外信 號也可能中斷

 

四、增量式編碼器的工作原理

1、基本構(gòu)造及特點(diǎn)

增量式光電編碼器的特點(diǎn)是沒產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應(yīng)于一個增量位移,但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號,其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化(速度)的傳感方法,它相對于某個基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置增量,不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。一般來說,增量式光電編碼器輸出 A、B 兩相互差 90 讀電角度的脈沖信號(也即是兩組正交輸出信號),從而可以方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時還有用作參考零位的 Z相標(biāo)志(指示)脈沖信號,碼盤每旋轉(zhuǎn)一周,只發(fā)出一個標(biāo)志信號。標(biāo)志脈沖通常用來指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零增量式光電編碼器主要由光源、光柵板(碼盤)、固定光柵(檢測光柵)、光敏管(光電檢測器件)和轉(zhuǎn)換電路組成,如下圖二所示:

在光柵板上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙,相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期;檢測光柵上刻有 A、B 兩組與光柵板相對應(yīng)的透光縫隙,用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等。并且兩組透光縫隙錯開 1/4 節(jié)距,使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差 90 度電角度。當(dāng)碼盤隨著被測軸轉(zhuǎn)動時,檢測光柵不動,光線透過碼盤和檢測光柵上透過縫隙照射到光電檢測器件上,光電檢測器件就輸出兩組相位相差 90 度電角度的近似于正弦波的電信號電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理,可以得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器輸出信號波形如 下圖三所示:

2、作用原理

A、B 兩點(diǎn)對應(yīng)兩個光敏接受管,A、B 兩點(diǎn)間距為 S2,角度碼盤的光柵間距分別為 S0 和 S1。當(dāng)角度碼盤以某個速度勻速轉(zhuǎn)動時,那么可知輸出波形圖中的 S0:S1:S2 比值相同,同理角度碼盤以其它的速度勻速轉(zhuǎn)動時,輸出波形中的 S0:S1:S2 比值與實(shí)際圖的 S0:S1:S2 比值仍然相同。增量式光電編碼器內(nèi)部工作原理示意圖如下圖四表示:

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