光电式传感器——光电编码器

1、 光电式传感器12021/8/14光电式传感器：发光原件：光电原件：发光二极管等光电二极管，光电三极管，光敏电阻等光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。22021/8/14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或转动角度转换成 脉冲 或 数字量 的传感器。信号性质 增量式编码器 绝对式编码器电信号电信号二进制编码二进制编码脉冲脉冲32021/8/14拉线式编码器主轴编码器主轴编码器多圈编码器轴式编码器套式编码器42021/8/1452021/8/14增量式增量式编码器编码器绝对式绝对式编码器编码器62021/8/14l均匀分布透光槽的编码盘2LE

2、D光源3光栏板上狭缝4sin信号接收器5cos信号接收器6零位读出光电元件7转轴8零位标记槽 每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，它能够产生与位移增量等值的脉冲信号。 它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。 光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个狭缝距离的（m +1/4）倍，m 为正整数，并设置了两组光敏元件A、B，又称为sin、cos元件。72021/8/1482021/8/14 360条纹数条纹数 3601024 0.352 输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角一个分辨角 ，对脉冲进行计数，对脉冲进行计数N，就

3、是对，就是对 的累加，即，角位移的累加，即，角位移 N 如：如： 0.352 ，脉冲，脉冲N1000， 则：则： 0.352 1000 352 92021/8/1490 ABAB 光敏元件所产光敏元件所产生的信号生的信号A、B彼此相差彼此相差90 相相位，用于辨向。位，用于辨向。 当码盘正转时，当码盘正转时，A信号超前信号超前B信信号号90 ；当码盘反转时，当码盘反转时，B信号超前信号超前A信信号号90 。102021/8/14 一转（360）CC 在码盘里圈，还有一条在码盘里圈，还有一条狭缝狭缝C，每转能产生一个脉，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称冲，该脉冲信号又称“一一转信号转信号”或零

4、标志脉冲，或零标志脉冲，作为测量的起始基准。作为测量的起始基准。112021/8/14绝对式编码器按照角度直接进行编码，直接用数字代码表示。绝对式光电编码器的编码盘由透明及不透明区组成，编码盘上码道的条数就是数码的位数。 这种编码器的特点不是要计数器，而是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。122021/8/141光源；光源；2透镜；透镜；3编码盘；编码盘；4狭缝；狭缝；5光电元件光电元件132021/8/14导电为导电为“1”，非导电为，非导电为“0”DB二进二进制制R格雷格雷码码DB二进二进制制R格雷格雷码码0123456700000001001000110100010

5、10110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000142021/8/148位=25610位=102421位=2097152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。n2分辨率单圈多圈152021/8/14162021/8/14在数控机床中的应用位置反馈位置反馈 xxt/360 通过测量滚通过测量滚珠丝杠的角位珠丝杠的角位移移 ，间接间接获得获得工作台的直线工作台

6、的直线位移位移x，构成，构成位位置半闭环置半闭环伺服伺服系统。系统。t为丝杠转动一整圈，工作台的位移172021/8/14类型类型数字式数字式模拟式模拟式增量式绝对式增量式绝对式回转型增量式光电脉冲编码器、圆光栅绝对式光电脉冲编码器旋转变压器、圆形感应同步器、圆形磁尺多级旋转变压器、三速圆形感应同步器直线型计量光栅、激光干涉光栅多通道投射光栅直线型感应同步光栅三速直线型感应同步器、绝对值式磁尺数控机床位置检测装置的分类182021/8/14在伺服电机中的应用在伺服电机中的应用应用方面：应用方面：转子磁极位置测量转子磁极位置测量角位移测量角位移测量转速测量转速测量伺服电机伺服电机编码器编码器19

7、2021/8/14转速测量转速测量光电编码器转速测量动画演示光电编码器转速测量动画演示202021/8/14MM法测速（适合于高转速场合）法测速（适合于高转速场合） m1T 有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在，在5s时间内测得时间内测得65536个脉冲，则转速（个脉冲，则转速（r/min) )为为 ： n = 60 65536 /（1024 5）=768 r/min 编码器每转产编码器每转产生生 N 个脉冲，在个脉冲，在T 时间段内有时间段内有 m1 个脉冲产生，则个脉冲产生，则转速（转速（r/min) )为为: : n = 60m1/（NT）转速测

8、量转速测量212021/8/14T T法测速（适合于低转速场合）法测速（适合于低转速场合） 编码器输编码器输出脉冲出脉冲时钟脉冲时钟脉冲fc m2 编码器每转产生编码器每转产生 N 个脉冲，用已知个脉冲，用已知频率频率fc作为时钟，填作为时钟，填充到编码器输出的充到编码器输出的两个相邻脉冲之间两个相邻脉冲之间的脉冲数为的脉冲数为m2，则，则转速转速( (r/min) )为：为： n = 60fc / （Nm2 ） 有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率，时钟频率fc为为1MHz ，则转速（，则转速（r/min) )为为 ：n = 60fc /（Nm2 ）=60106/（10243000）=19.53 r/min转速测量转速测量222021/8/14转速应用举例232021/8/14增量式光电编码器优点：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。缺点：它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。主要用于测速绝对式光电编码器优点：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失；编码器的精度