光电编码器

光电编码器TTTTywywywyw收集整理收集整理收集整理收集整理2010.03.102010.03.102010.03.102010.03.10tyw藏书一一一一、、、、光电编码器的简单认识光电编码器的简单认识光电编码器的简单认识光电编码器的简单认识光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号，如图所示。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。1、增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。2、绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：（1）可以直接读出角度坐标的绝对值；（2）没有累积误差；tyw藏书（3）电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。3、混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。二二二二、、、、光电编码器分类和选择光电编码器分类和选择光电编码器分类和选择光电编码器分类和选择光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。1111、、、、增量式编码器特点增量式编码器特点增量式编码器特点增量式编码器特点：：：：增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用90度相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。2222、、、、绝对式编码器特点绝对式编码器特点绝对式编码器特点绝对式编码器特点：：：：绝对式编码器有与位置相对应的代玛输出，通常为二进制码或BCD码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为0—360度。速度计与长度计一般采用增量式编码器，以下就其参数范围作简要的介绍，供选型参考。（1）光栅线数：常用线数30、60、100、120、200、250、256、300、360、400、480、500、512、600、700、800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、5400（2）输出方式：tyw藏书常规有五种输出方式：•集电极开路输出（通用型）•互补输出•电压输出•长线驱动器输出•UVW输出（3）工作电压：常规有以下几种：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V（4）防护性能：常规为防油、防尘、抗震型。（5）弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩1N.m,不同轴度0.2mm，轴向偏角1.5度。弹性联轴器常用规格为：编码器端孔径（mm）用户端孔径（mm）Φ4、Φ5、Φ6、Φ8、Φ10、Φ15Φ4、Φ5、Φ6、Φ6.35、Φ8、Φ10、Φ15（6）安装使用及注意事项：编码器属于高精密仪器，安装时不得敲击和碰撞。轴端联接避免钢性联接，而应采用弹性联轴器、尼龙齿轮或同步带联接传动。使用转速不要超过标称转速，否则会影响电气信号。三三三三、、、、增量型和绝对值旋转编码器增量型和绝对值旋转编码器增量型和绝对值旋转编码器增量型和绝对值旋转编码器一一一一、、、、增量型旋转编码增量型旋转编码增量型旋转编码增量型旋转编码器器器器轴的每转动一周，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲A、B之间相差为90O，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲（Z）。二二二二、、、、增量型绝对值旋转编码器增量型绝对值旋转编码器增量型绝对值旋转编码器增量型绝对值旋转编码器tyw藏书绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中，绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务，从而省去了复杂的和昂贵的输入装置：而且，当机器合上电源或电源故障后再接通电源，不需要回到位置参考点，就可利用当前的位置值。单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步，最大的分辨率为13位，这就意味着最大可区分8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈内测量角位移，而且能够用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位，也就是说最大4096圈可以被识别。总的分辨率可达到25位或者33，554，432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。假设串行绝对值编码器，输出数据可以用标准的接口和标准化的协议传送，同时在过去点对点的连接实现了串行数据传送。四四四四、、、、增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器工作原理徐海增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图）A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为S2,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。通过输出波形图可知每个运动周期的时序为顺时针运动逆时针运动ABABtyw藏书1101001011100001我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。我们常用的鼠标也是这个原理哦。五五五五、、、、光电编码器在重力测量仪中的应用光电编码器在重力测量仪中的应用光电编码器在重力测量仪中的应用光电编码器在重力测量仪中的应用一一一一、、、、重力测量仪重力测量仪重力测量仪重力测量仪重力仪可分两大类型，这里所指的重力仪是地球物理勘探中用来测量地面两点地球重力加速度相对差值的一种高精密仪器(重力测量单位1g.u=1μm/s2，仪器的精度一般可达0.3g.u)。重力测量应用在地球构造研究、石油普查、地震预报、大地测量等方面。这类仪器根据不同的原理，有不同的类型，其中，大量使用在野外作业的是一种弹簧重力仪。它体积小、很轻便，但是操作读取数据时完全靠人工从机械转轮计数器上读取，并且人工抄写在记录本上，内容包括时间、位置（测网的点线编号）、读格数等。待回到室内，还有更大量的数据整理和处理工作要做。但是原始数据必须靠人工一个一个从记录本上读取输入到计算机中。这样的数据可以数以千计，因此，无论是野外记录还是资料整理，都要耗费大量的人力和时间。这种重力仪传感器直接输出的是重力变化引起的弹簧位移量。简单的说，它的传感部件像是一弹簧秤，主弹簧的线位移量是通过指针显示在显微镜下，但是读数不是采用直接的方式，而是通过一旋钮调节补偿弹簧使指针回到零点位置，即用零点补偿的方式，把线位移量转换成角位移量。最后读取的是连接在旋钮上的机械转轮计数器上的格数。相对重力值是由读格转换而来。二二二二、、、、重力测量仪的数字电子化重力测量仪的数字电子化重力测量仪的数字电子化重力测量仪的数字电子化要解决这种重力仪的数字电子化必须解决两大问题：1、如何把补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量；2、对该电信号进行测量，把各项数据存储起来，在整理时把它们传送到某计算机中。tyw藏书对第一个问题，采用旋转式光电编码器，把它的转轴与调节旋钮轴相连。旋转式光电编码器分两种，绝对编码器和增量编码器。绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。增量编码器是以脉冲形式输出的传感器，其码盘比绝对编码器码盘要简单得多且分辨率更高。一般只需要三条码道，这里的码道实际上已不具有绝对编码器码道的意义，而是产生计数脉冲。它的码盘的外道和中间道有数目相同均匀分布的透光和不透光的扇形区（光栅），但是两道扇区相互错开半个区。当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲信号以及只有一条透光狭缝的第三码道所产生的脉冲信号（它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号）。从A，B两个输出信号的相位关系（超前或滞后）可判断旋转的方向。由图1（a）可见，当码盘正转时，A道脉冲波形比B道超前π/2，而反转时，A道脉冲比B道滞后π/2。图1（b）是一实际电路，用A道整形波的下沿触发单稳态产生的正脉冲与B道整形波相‘与’，当码盘正转时只有正向口脉冲输出，反之，只有逆向口脉冲输出。因此，增量编码器是根据输出脉冲源和脉冲计数来确定码盘的转动方向和相对角位移量。通常，若编码器有N个（码道）输出信号，其相位差为π/N，可计数脉冲为2N倍光栅数，现在N=2。图1电路的缺点是有时会产生误记脉