光电编码器的原理及应用ppt课件

1、光电编码器的原理和应用，1 .光电编码器的定义。光电编码器是一种将角度、位置和转速等物理量转换成电信号并输出的传感器。光电编码器广泛应用于工业控制和自动化。适合测量的物理量是：速度；长度；角度；位置，2，光电编码器分类，按测量方式分类：旋转编码器标尺编码器：通过测量被测物体的旋转角度，并将测量的旋转角度转换为脉冲电信号输出，3，标尺编码器：通过测量被测物体的线性行程长度，并将测量的行程长度转换为脉冲电信号输出，按编码方式分类：绝对编码器增量编码器混合编码器注：混合绝对值编码器， 其输出两组信息：一组信息用于绝对信息功能，另一组与增量编码器的输出信息完全相同。 4、增量式旋转编码器，增量式旋转编

2、码器用光信号扫描码盘(码盘与转轴相连)，并通过检测和计数开关信号的个数来计算旋转角度。工作原理：光学编码器由一个以轴为中心的光电编码器组成，编码器上有环形的明、暗划线。当光盘旋转一个节距时，在发光元件的照射下，光敏元件获得相位差为90度的正弦波信号。这组信号由放大器放大和整形，得到输出方波。a相比B相超前90度，其电压幅值一般为5V。当相甲领先相乙时，它正向旋转，当相乙领先相甲时，它负向旋转。利用相位A和相位B之间的相位关系，可以区分编码器的正向旋转和反向旋转。由相位Z产生的脉冲是参考脉冲，也称为零脉冲。它是轴旋转一次时在固定位置产生的脉冲，可以得到编码器的零参考位置。5、工作原理图、6、编码

3、器码盘由玻璃、金属和塑料制成，玻璃码盘在玻璃上沉积有很薄的划线，热稳定性好，精度高；金属码盘不易碎，因为它可以直接刻上同样的线条。然而，由于金属有一定的厚度，其精度有限，其热稳定性比玻璃差一个数量级。塑料码盘经济、成本低，但精度、热稳定性和使用寿命较差。分辨率：编码器被称为分辨率，分辨率是指每360度旋转提供多少条通过线或暗线，也称为解析刻度，或直接或多或少的线，通常是每旋转刻度510000线。7、增量式旋转编码器输出，信号输出：信号输出包括正弦波(电流或电压)、方波(TTL、HTL)、集电极开路(PNP、NPN)和推挽式，其中TTL为长线差分驱动(对称A、A-；乙，乙-；Z，Z-)，HTL也

4、叫推挽和推挽输出，编码器信号接收设备的接口应与编码器相对应。8、9、10，倍频原理：对于方波信号，A和B相差90度(1/4T)，因此在0度相角、90度相角、180度相角和270度相角四个位置都有上升沿和下降沿，因此，实际上，角度变化可以在1/4T方波周期内判断，因此为1/4。这种判断也可以通过逻辑来做出。0代表低，1代表高，一个周期内甲乙相的变化是0 0，0 1，1 1，1 0。这种判断不仅可以翻两番，还可以用来判断旋转的方向。11。鉴相原理：增量式光电编码器输出相位差为90的两个脉冲信号A和B。当电机正转时，脉冲信号A的相位比脉冲信号B的相位超前90。此时，逻辑电路可以在处理之后形成高电平方

5、向信号Dir。当电机反转时，脉冲信号A的相位比脉冲信号B的相位滞后90，并且由逻辑电路处理的方向信号Dir处于低电平。因此，电机的转向可以根据超前和滞后之间的关系来确定。速度鉴相的原理如下图所示：12。各种输出形式的特点：单通道coa、b和z通道连接：用于带参考位校正的位置测量。A、A-、B、B-、Z、Z-连接：由于是对称负信号连接，电流对电缆的电磁场贡献为零，衰减小，抗干扰性最好，传输距离长。对于对称负信号输出的TTL编码器，采用匹配电缆，信号传输距离可达150米。对于对称负信号输出的HTL编码器，采用匹配电缆，信号传输距离可达300米。13、增量式旋转编码器的特点，编码器每次以预设角度旋转

6、时都会输出一个脉冲信号，而旋转角度是通过计数脉冲信号的个数来计算的，所以编码器输出的位置数据是相对的，所以旋转角度的起始位可以任意设置。由于采用相对编码，断电后旋转角度数据会丢失，需要重新设置。14、注意：旋转增量编码器，旋转时输出脉冲，通过计数设备计算其位置。这样，断电后，编码器根本无法移动。当来电工作时，编码器可能会因干扰而丢失脉冲。否则，由计数设备计算和记忆的零点将会移动，并且只有在错误的结果出现之后，该移动的量才是未知的。解决方法是增加参考点，每次编码器通过参考点时，参考位置被校正到计数装置的存储位置。之前的参考点，但位置的准确性无法保证。在工业控制中，有一些方法，例如首先找到参考点，

7、打开机器并改变变化。这种方法对于一些工业控制项目来说比较麻烦，甚至在启动时都不允许改变(启动后要知道准确的位置)，而且有些工作条件不允许由于使用中的干扰而造成位置误差，所以出现了绝对值编码器。15、绝对旋转编码器，用光信号扫描分度盘(与传动轴相连)上的格雷码或二进制码刻度盘，确定被测物体的绝对位置值，然后将检测到的格雷码或二进制码数据转换成电信号，以脉冲形式输出被测位移；16，绝对旋转编码器示意图，17，由编码盘(码盘)和窄盘组成。原理：码盘由光学玻璃制成，上面刻有许多同心码道，每个码道都有按一定规则排列的透明和不透明部分，即亮区和暗区。当光源将光投射到码盘上时，码盘旋转，穿过亮区的光在穿过狭

8、缝后被光敏元件接收。光电传感器的排列对应于一个接一个的码道，并且对应于亮区和暗区中光电传感器输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。当代码被圈到不同的位置时，光敏元件的输出信号的组合反映了根据特定规则编码的数字量，并表示代码轮轴的角位移。18，在光学编码器盘上有许多光通道划线器，每个划线器依次排列有2行、4行、8行和16行。因此，在编码器的每个位置，通过读取每个划线器的开和关，可以获得一组从零幂2到n-1幂2的唯一二进制码(格雷码)，这被称为n位绝对编码器。该编码器由光电编码器的机械位置决定，不受电源故障或干扰的影响。绝对编码器的每个位置都是唯一的，由机械位置决定。它不需要记忆，不需要参考点，

9、也不需要持续的计数。当你需要知道位置时，你可以随时阅读。这样，编码器的抗干扰特性和数据的可靠性大大提高。旋转一圈绝对值编码器，旋转测量光电编码器的每一条刻线，得到唯一的代码。当旋转超过360度时，代码返回原点，这不符合绝对代码唯一的原则。这种代码只能用于360度旋转范围内的测量，称为一圈绝对值编码器。如果您想测量超过360度的旋转，您需要使用多圈绝对值编码器，19，单圈原理图，绝对位置从码盘读取。每个位对应一个编码通道，每个数字编码器对应一个输出电路，每个通道包含一个光源。每转(360)后，重复读数将输出20。对于多圈绝对值旋转编码器，编码器制造商使用时钟齿轮机械的原理。当中心编码器旋转时，另

10、一套编码器(或多套齿轮、多套编码器)由齿轮驱动，在单圈编码的基础上增加圈数，扩大编码器的测量范围。这种绝对编码器被称为多圈绝对编码器，其也通过机械位置进行编码，并且每个位置的编码是唯一的并且不重复，没有记忆。多圈编码器的另一个优点是由于其测量范围大，在实际使用中往往比较丰富，所以安装时不需要找零点，可以用某个中间位置作为起点，大大简化了安装调试的难度。21，码盘可分为二进制码、循环码、BCD码等。22，代码转换，23，当使用二进制编码器时，任何轻微的制造错误都可能导致粗读错误。这主要是因为当二进制代码的高位发生变化时，所有低于该高位的数字都需要同时发生变化。为了消除粗差，可以用循环码代替二进制

11、码。循环码是一种未经授权的代码。当从一个数字变成相邻的数字时，只有一个数字会改变。如果在任何轨道标记中存在误差，只要误差不太大并且只有一个轨道可能有读取误差，则产生的误差最多等于最低位的一位，即24。以6位二进制码盘为例：对于6位二进制码盘，最里面的码盘是半透明半不透明的，最外面的环分为26=64个黑白间隔。每个角度方向对应不同的代码。例如，零位置对应于000000(全黑)；第23个方向对应于010111。这样，无论旋转的中间过程如何，角位移都可以根据码盘的开始和结束位置来确定。n位二进制码盘的最小分辨率，即分辨率角=360/2n，6位二进制码盘的最小分辨率角为5.6。对于N位循环码，像二进制

12、码一样，它有2n个不同的码，最小分辨率为=360/2n。25、26、绝对值旋转编码器输出，绝对值编码器信号输出包括并行输出、串行输出、总线型输出等。单圈低位编码器一般采用并行信号输出，而高位编码器和多圈编码器输出信号不需要并行信号(并行信号连接线多，易错码容易损坏)，一般为串行或总线式输出。时钟同步串行信号是最常用的串行信号。最常用的总线类型是PROFIBUS-DP，其他的有DeviceNet、CAN、CC-link等。注释：对于现场总线接口，应设置编码器的参数。可编程参数有：旋转方向；脉冲数和转数；总分辨率；预设值。诊断模式等。28，绝对旋转编码器的特点，不同的角度在一个检测周期内有不同的格

13、雷码，所以编码器输出的位置数据是唯一的。由于采用了机械连接，断电时编码器的位置不会改变，通电后可以立即以格雷码的形式获得检测数据，因此模拟信号没有检测误差。29、混合旋转编码器，用光信号扫描分度盘(分度盘与转轴相连)，通过检测和统计光信号的通断次数计算旋转角度。混合式旋转编码器的特点是：同时输出绝对旋转角码和相对旋转角码，具有绝对编码器旋转角码的唯一性和增量编码器的应用灵活性，30，特点：数字编码，根据旋转角度，输出脉冲信号可转换为速度选择：-对应一次旋转的脉冲数(256，512，1024，2048)-输出信号类型(TTL，HTL，推挽模式)-电压类型(5V， 24V)-最大分辨率的优势：-强

14、分辨率-大测量范围-适应大多数情况的劣势：-断电后位置信号丢失-专有技术兼容性差。 用途：主要用于速度测量，增量式编码器的总结，31，数字编码具有：的特点，根据旋转角度，输出的脉冲信号可以转换成速度。选择：-单编码器/多编码器(测量一个或两个旋转变量)-代码(格雷码、BCD码、二进制码)-信号传输模式(并行端口、串行端口)-分辨率-最大转速优势：-简单结构-角度行程编码(通过旋转轴获得)-线性编码(激光远程测量)-电源故障不影响编码数据的采集-最大24位编码劣势：-更昂贵的用途：角度控制；定位；长度测量，绝对编码器概要，32。安装旋转编码器，机械方面：由于编码器属于高精度机电一体化设备，编码器

15、轴和用户输出轴之间需要弹性软连接，以避免用户轴运行和跳动对编码器轴系统和编码器盘造成损坏。安装时，注意允许的轴载荷，确保编码器轴与用户输出轴的错位为0.20毫米，与轴的偏转角为1.5度，安装时严禁敲击、敲打和碰撞，以免损坏轴系和编码器。定期检查固定编码器的螺丝是否松动(每季度一次)。33.电气方面：接地线应尽可能厚，编码器输出线一般应大于1.5平方米。不要相互重叠，以免损坏输出电路编码器的信号线。请勿连接DC电源或交流电源。为了避免损坏电机和其他输出电路与编码器相连的设备，应将其良好接地。当没有静电布线时，应使用屏蔽电缆。启动前，应仔细检查。产品规格是否与编码器型号一致，长距离传输的接线是否正

16、确，应考虑信号衰减系数，选择输出阻抗低、抗干扰能力强的型号。34.环境：编码器是一种精密仪器。使用时，注意周围是否有振动源，干扰源不是防漏结构。不要溅水、油等。如有必要，添加保护罩，以注意环境温度和湿度是否在仪器使用要求的范围内。35.光电编码器的测速方法，基于光电编码器的三种常用测速方法如下图所示，假设时钟频率为f，光电编码器每转的脉冲数为p，M1和M2分别为编码器脉冲和时钟脉冲计数的计数值。1.“M法”适用于在固定时间间隔内测量编码器脉冲数的高速场合。如图1(a)所示；如果在固定时间t测量的编码器脉冲数是M1，那么转速是：36，37，2。“T法”用于通过测量两个a之间的时间间隔来计算转速从图1(b)可以看出：38，3。“M/T法”是前两种方法的结合，它测量一定数量的编码器脉冲和同时产生这些脉冲所花费的时间，在整个速度范围内具有良好的精度，但对于低速，这种方法需要较长的检测时间来保证结果的准确性，不能满足速度检测系统的快速动态响应指标。从(c):39、40，变频器和编码器之间的连接，对于带驱动-CLIQ端口的编码器，可以直接连接到S120的控制单元CU320的驱动-CLIQ端口。41、42、43、44、45，编码器使用示例，包括编码器硬件连