§3.3.2光电编码器 光电编码器能将角位移或线位移信息经过光电转换变成数字 量,具有分辨率髙,可靠性好,抗干扰能力强,应用范围广等 光电信息 优点。光电编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器 ☆ 增量式编码器 1.原理 增量式 编码器的原理 光栅2 是光栅的莫尔 第三章光电信息 条纹。形成莫 尔条纹必须由 转 两块栅距相等∞ 四棱形换 的光栅组成 又线 EW1=w2),如 图3.32-1所 光栅1 图3.3.2-1光栅的莫尔条纹 第三章上一回首页下一回大结束回写卖上一为
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 1 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录 光电编码器能将角位移或线位移信息经过光电转换变成数字 量，具有分辨率高，可靠性好，抗干扰能力强，应用范围广等 优点。光电编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器。 一．增量式编码器 1．原理 上一节 增量式 编码器的原理 是光栅的莫尔 条纹。形成莫 尔条纹必须由 两块栅距相等 的光栅组成（ w1=w2），如 图3.3.2－1所 示
§3.3.2光电编码器 2.结构 )光源 主光栅盘安装在转动轴上,与被测轴连接作同 光电信 光步转动,指示光栅一般不使用整块光栅盘,而 ☆ 2)光栅盘 是使用光栅的一角,但栅距与主光栅相同。 3)光电信息转换器供使用的光电信息转换器件峰值波长相近,外 4)机械结构 光电信息转换器件,也叫光电接收器, 安装光栅盘的转轴通过滚珠轴承与机械外 上3.增量式编码都光连接,外壳由金属封闭,以防电磁场的 1)精确测量角度利策移实际应用时固定编码器外壳,转动 写被测轴连接即可 2)精确测量转速 第三章光电信息转换☆ 3)测量线速度,由测量转速间接求得; 4)测量线性位移,由测量角位移间接求得 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 2 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录 2．结构 1）光源 §3.3.2 光电编码器 光源一般采用近红外发光二极管，此类LED动态 响应快，使用寿命长，发光峰值波长为0.94μ， 与所使用的光电信息转换器件峰值波长相近，外 形尺寸为直径2mm，长度5mm，和环氧树脂透镜 封装在一起。 主光栅盘安装在转动轴上，与被测轴连接作同 步转动，指示光栅一般不使用整块光栅盘，而 2）光栅盘 是使用光栅的一角，但栅距与主光栅相同。 3）光电信息转换器件 4）机械结构 光电信息转换器件，也叫光电接收器， 一般使用光敏二极管或光敏三极管，与 LED的峰值波长匹配。实用上一般使用 一对光电接收器，放置间距调整到莫尔 条纹间距的四分之一，这样两光电接收 器输出的信号相位差正好是900。 安装光栅盘的 转轴通过滚珠轴承与机械外 壳连接，外壳由金属封闭，以防电磁场的 干扰，实际应用时固定编码器外壳，转动 轴与被测轴连接即可。 3．增量式编码器的应用 1）精确测量角度和角位移； 2）精确测量转速； 3）测量线速度，由测量转速间接求得； 4）测量线性位移，由测量角位移间接求得
§3.3.2光电编码器 4.信号处理电路 光 信号处理电路框图如图332-2所示。当光栅盘转动时, 光电接收器输出近 ☆ 光电传感器1→放大→施密特比较器 辨可电路 似的正弦信号,经第 信 2加减制放大后由施密特比章 息国,遇铭进行形辨光 3所示。如编码器 电 图3.3.2-2增量式编码器信号处理电路框图 正转,则V1的相位信 超前90°,V输出 为“1”,控制可逆 转 R D 换 计数器做加法计数,☆ 反之则V2的相位超 可逆计数器前90,V输出为 03,控制可逆计 数器做减法计数 图33.2-3辨向电路 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 3 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录 4．信号处理电路 信号处理电路框图如图3.3.2－2所示。 当光栅盘转动时， 光电接收器输出近 似的正弦信号，经 放大后由施密特比 较器进行整形。辨 向电路如图3.3.2－ 3所示。如编码器 正转，则 V1的相位 超前900 ，V0输出 为“1”，控制可逆 计数器做加法计数， 反之则V2的相位超 前900 ，V0输出为 “0”， 控制可逆计 数器做减法计数
§3.3.2光电编码器 绝对式编码器 原理 光电信 将光学码盘进行绝对式编码,用透光和不透光表示二进☆ 制代码的“1和“03,编码方式按二进制码或循环码等规 律进行。 2.二进制编码方式 转成,外层码道代表二进制的最低位,最里面的码道代表二 第三章光电信息 将码盘加工成数个码道,每个码道有黑白分明的码字组光 进制的最高位,码字的排列按二进制规律进行,图3.3.2-4 为一个由五个码道组成的二进制码盘,图3.3.2-5是编码表 及展开图。二进制码盘的码道数n和码道编码容量M之间关转 系为: 换 M=2 角度分辨率γ与码道数n间的关系为 Y=3600/M=360°/2 对应于五个码道,y=360/M=360/25=11.250。对于21 个码道,y=0。68” 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 4 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录 二．绝对式编码器 1．原理 将光学码盘进行绝对式编码，用透光和不透光表示二进 制代码的“1”和“0”，编码方式按二进制码或循环码等规 律进行。 2．二进制编码方式 将码盘加工成数个码道，每个码道有黑白分明的码字组 成，外层码道代表二进制的最低位，最里面的码道代表二 进制的最高位，码字的排列按二进制规律进行，图3.3.2－4 为一个由五个码道组成的二进制码盘，图3.3.2－5是编码表 及展开图。二进制码盘的码道数n和码道编码容量M之间关 系为： M＝2 n 角度分辨率γ与码道数n间的关系为 γ＝360o/M＝360o/2 n 对应于五个码道，γ＝360/M＝360/2 5＝11.25 o 。对于21 个码道，γ＝0。68”
§3.3.2光电编码器 二进制确码表码道展开 光电信息 Z■DoLo0 ☆ folliot 6■oD1Lo 9■DoDo■ opo■o 3■0【o 换组合器件 000 9■Doo■ ED0■0■[0■0 第三章光电信息转换☆ oI■ 图3.3.2-4二进制码盘 区6■D00o o■1 o 图3.3.2 编码表及展开图 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 5 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录
§3.3.2光电编码器 3.循环码编码方式 光电信 循环码编码的形式有格雷码,周期码,反射码等。 ☆ 循环码盘的特点是相邻的两组数码之间只有一位是变化 的。因此,即使制作和安装不准,产生的误差最多也不 会超过读数的最低位的单位量。任何一位产生延迟或提 第三章光 前进位,产生的误差也只能是 图32-6是一种典型的格雷码图案,有五个码道构电 成,图3.32-7是相应的编码表和展开图,其中黑线代表 换组合器件 “03,白线代表“1 转换☆ 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 6 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录 3．循环码编码方式 循环码编码的形式有格雷码，周期码，反射码等。 循环码盘的特点是相邻的两组数码之间只有一位是变化 的。因此，即使制作和安装不准，产生的误差最多也不 会超过读数的最低位的单位量。任何一位产生延迟或提 前进位，产生的误差也只能是“1”。 图3.3.2－6是一种典型的格雷码图案，有五个码道构 成，图3.3.2－7是相应的编码表和展开图，其中黑线代表 “0”，白线代表“1
§3.3.2光电编码器 循环码 編码表 码道展开 000000T 光电信 ooo 3■D0Doo■o ☆ 4■0 000 60010 1 7■ 00100 1oI 12■o■D01【C 01001 5■ 01000 换组合器件 第三章光电信息转换☆ 图3.3.2-6典型的格雷码图案 11[0■1 2[3 1100 24■[O■O0 2【7 28■ 10010 图a器 图3.3.2-7格雷码的编码表和展开图 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 7 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录
§3.3.2光电编码器 表3.3.2-1 循环码的另一个特点 十进制 二进制 循环制 光电信 是最外层的码字宽比二进 C 制的大一倍,这对减少多 R ☆ 4321 4321 码道的码盘直径、光源和 光电转换器件的安装调整 D_012345678 0001 都带来方便。循环码的缺 0010 0011 点是没有固定的权,故很 0011 0010 难阅读和计算,实际应用 0100 0101 0l11 时需将循环码转换成二进 0110 0101 制码。 0100 从表3.3.2-1可以看出 1000 第三章光电信息转换☆ 高位二种码的取值相同, 001 1101 用C表示二进制,R表示循 1010 l111 环码,表示码道数,I=1 1110 1100 1010 代表最里层(高位)的码 道 01.2345 1101 1011 1110 1111 1000 第三章上一回首页下一回天结束回目灵 8
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 8第三章光电信息转换 §3.3.2 光电编码器 回目录 循环码的另一个特点 是最外层的码字宽比二进 制的大一倍，这对减少多 码道的码盘直径、光源和 光电转换器件的安装调整 都带来方便。循环码的缺 点是没有固定的权，故很 难阅读和计算，实际应用 时需将循环码转换成二进 制码。 从表3.3.2 － 1可以看出， 高位二种码的取值相同， 用C表示二进制，R表示循 环码， i表示码道数， I ＝ 1 ， 代表最里层（高位）的码 道
§3.3.2光电编码器 4.绝对式编码器的结构 光电信 绝对式编码器由光源、码 盘、光电信息转换器件、电路 ☆ 和机械结构组成 R2 在基体上形成透明和不透 明码区的循环码盘,其制成方R3 法是利用一个精密设计制造的 母码盘,通过光刻方法复制生 出使用的码盘,码盘的制造 第三章光电信息转换☆ 精度直接影响编码器的输出精 度 绝对式编码器的内部结构 如图3.3.2-8所示。 图3.3.2-8译码电路 第三章上一回首页下一回天结束回目灵
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 9第三章光电信息转换 §3.3.2 光电编码器 回目录 4．绝对式编码器的结构 绝对式编码器由光源、码 盘、光电信息转换器件、电路 和机械结构组成。 在基体上形成透明和不透 明码区的循环码盘，其制成方 法是利用一个精密设计制造的 母码盘，通过光刻方法复制生 产出使用的码盘，码盘的制造 精度直接影响编码器的输出精 度。 绝对式编码器的内部结构 如图3.3.2 － 8所示
§3.3.2光电编码器 光电信 ☆ 换组合器件 第三章光电信息转换☆ 、 图3.3.2-9绝对式编码器内部结构 光源 编码器3—读出系统 4-轴系 5—电路系统 第三章上一回首页下一回天结束回目灵 10
第三章上一页回首页下一页回末页 结束 10 第 三 章 光 电 信 息 转 换 §3.3.2 光电编码器 回目录