光電編碼器原理及應用場景

1、光電編碼器的原理

2、光電編碼器是確定將輸出軸上的機器的位移量轉換為脈沖或數字量的光電轉換傳感器。

3、這是目前使用*多的傳感器，光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置構成。

4、格子盤是指在肯定直徑的圓板上部分開設了個長方形的孔。

5、由于光電碼盤與電動機同軸，所以當電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，檢測經由由發(fā)光二極管等電子部件構成檢測裝置輸出了脈沖信號；

6、每秒光電編碼器的輸出脈沖數與當前電機的轉速反應。

根據檢測原理，編碼器分為光學式、磁性式、感覺式和電容式。根據其刻度要領和信號輸出方式，可分為增量式、盡對式和濃濁式3種。

1.1增量編碼器

增量編碼器直接利用光電轉換的原理輸出3組方波脈沖a、b、z相；A、b兩組脈沖相位差錯愕90 tethersar獎，milbri比鳉相每轉一次脈沖，用于基準點定位。其優(yōu)點是原理配置大致，機器均整壽命在數萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合長傳輸切斷。缺點是無法輸出軸旋轉的配對位置信息。

1.2增量編碼器編碼器是直接輸出數字量的傳感器，圓形碼輪上有幾個徑向同心圓狀的碼道，各道由透光扇區(qū)和不透光扇區(qū)之間構成，相鄰碼道的扇區(qū)數呈2倍的關系，碼道在碼輪處于差的位置的情況下，各受光元件根據是否接受光來變換對應的電平信號，形成二進制數。該編碼器的特點是不需要計數器，可以讀取與旋轉軸任意位置完全對應的數字代碼。很明顯，碼道越多，判別率越高。在具有n位二進制判別率的編碼器中，代碼輪中一定有n碼通道。目前國內有16位編碼器產品。

盡對式編碼器采用天然二進制或循環(huán)二進制(格雷碼)法進行光電轉換。*式編碼器與增量編碼器的區(qū)別在于磁盤上的透光、不透光線條圖案，通過讀取代碼并讀取代碼來檢測正確的位置。的計劃可以采用二進制代碼、循環(huán)代碼、二進制完成代碼等。其特征如下

1.2.1可直接讀取角度坐標*值；

1.2.2無累積偏差

1.2.3即使關閉電源，位置信息也不會丟失。但是，識別率由二進制的位數決定，也就是說精度取決于位數，現在有10位、14位等多種。

1.3稠濁式*值編碼器

輸出兩組信息的濃厚式父母編碼器。一組信息用于檢測磁極位置，具有父母消息的作用；另一組完全與增量編碼器的輸出信息相同。

光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置，利用光電轉換原理將進給軸的角度量轉換為相應的電脈沖或數字量，具有體積小、精度高、勞動可靠、接口數字化等優(yōu)點。廣泛應用于數控機床、翻轉展示臺、伺服驅動器、呆板人、雷達、軍事目標測量等所需角度檢測裝置和配置。

2 .光電編碼器的應用電路

2.1EPC-755A光電編碼器的應用

EPC-755A光電編碼用具有優(yōu)良的利用性能，在測量角度、位移時輸出抗騷擾、穩(wěn)定可靠的脈沖信號，通過對該脈沖信號進行計數可以得到測量的數字信號。

因此，我們在開發(fā)汽車駕駛模仿器時，在測量另一個方向的旋轉角度時使用EPC-755A光電編碼器作為傳感器，在其輸出電路中使用集電極開路型，輸出分辨率使用360個脈沖/匝，汽車方向盤旋轉雙向、順時針圖2示出光電編碼器實際使用的相位同步檢測電路，相位同步檢測電路包括一個d觸發(fā)器和兩個與非門，計數電路包括三個74LS193。

當光電式編碼器順時針旋轉時，通道a輸出波形比通道b的輸出波形提前90，d觸發(fā)器的輸出q (波形W1 )為高電平，q (波形W2 )為低電平，上面NAND門打開，脈沖決定(波形W1 ) 此時，下面和NAND門關閉，其輸出變?yōu)楦唠娖?/span>(波形W4 )。當光電式編碼器逆時針旋轉時，通道a輸出波形比通道b的輸出波形延遲90，d觸發(fā)器輸出q (波形W1 )為低電平，q )波形W2 )為高電平，上表面NAND門關閉，其輸出為高電平此時，以下與非門打開，對脈沖寬度決議(波形W4 )計數，發(fā)送到雙向計數器74LS193的下行脈沖輸入端CD，進行減法計數。

汽車方向盤順時針和逆時針旋轉時，其*旋轉角度均為2圈半，選擇判別率為360脈沖/轉的編碼器，其*輸出脈沖數為900個；實際使用的計數電路由3個74LS193構成，在系統(tǒng)上進行電初始化的情況下，首*行復位(CLR信號)，將其初始值設為800H的2048 ) LD信號)；云云，在手柄順時針旋轉的情況下，計數電路的輸出范疇為2048~2948，在手柄逆時針旋轉的情況下，計數電路的輸出范疇為2048~1148。計數電路的數據輸出D0~D11被發(fā)送到數據處理電路。

實際使用時，由于方向盤頻繁順時針和逆時針旋轉，存在量化偏差，在長時間工作后，方向盤返回時計數電路的輸出大概不是2048，為了處理這個有幾個字過失的標題，我們在方向盤轉動過程中當系統(tǒng)啟動后，當模擬器處于非支配狀態(tài)時，數據處理電路可以檢測到電路，如果手柄處于電路，而計數電路的數據輸出不為2048，則數據處理電路可以復位計數電路并重新配置初始值。

2.2光電編碼器在重力測量儀中的應用

采用旋轉式光電式編碼器，將其旋轉軸和重力長度量儀中補償旋鈕軸相連。重力丈量儀中補償旋鈕的角位移量轉化為某種電信號量；旋轉式光電編碼器分兩種，盡對編碼器和增量編碼器。

增量編碼器因此脈沖式樣輸出的傳感器，其碼盤比盡對編碼器碼盤要大略得多且辨別率更高。平常只必要三條碼道，這里的碼道實際上已不具有盡對編碼器碼道的意義，而是產生存數脈沖。它的碼盤的外道和中央道有數量雷同勻稱散布的透光和不透光的扇形區(qū)(光柵)，但是兩道扇區(qū)相互錯開半個區(qū)。當碼盤轉動時，它的輸出信號是相位差為90°的A相和B相脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產生的脈沖信號(它作為碼盤的基準位置，給計數體系提供一個初始的零位信號)。從A，B兩個輸出信號的相位干系(前或滯后)可鑒定旋轉的方向。由圖3(a)可見，當碼盤正轉時，A道脈沖波形比B道前π/2，而反轉時，A道脈沖比B道滯后π/2。圖3(b)是一實際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產生的正脈沖與B道整形波相‘與’，當碼盤正轉時只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據輸出脈沖源和脈沖計數來確定碼盤的轉動方向和相對角位移量。通常，若編碼器有N個(碼道)輸出信號，其相位差為π/N，可計數脈沖為2N倍光柵數，如今N=2。圖3電路的缺點是偶然會產生誤記脈沖造成偏差，這種環(huán)境出如今當某一道信號處于‘高’或‘低’電平狀態(tài)，而另一道信號正處于‘高’和‘低’之間的往返變化狀態(tài)，此時碼盤雖然未產生位移，但是會產生單方向的輸出脈沖。比方，碼盤產生抖動或手動對準位置時(下面可以看到，在重力儀丈量時就會有這種環(huán)境)。

一個既能防備誤脈沖又能進步辨別率的四倍頻細分電路。在這里，采取了有印象作用的D型觸發(fā)器和時鐘產生電路。由圖4可見，每一道有兩個D觸發(fā)器串接，如許，在時鐘脈沖的隔斷中，兩個Q端(如對應B道的74LS175的第2、7引腳)保留前兩個時鐘期的輸進狀態(tài)，若兩者雷同，則表現時鐘隔斷中無變化；不然，可以根據兩者干系鑒定出它的變化方向，從而產生‘正向’或‘反向’輸出脈沖。當某道由于振動在‘高’、‘低’間往復變化時，將瓜代產生‘正向’和‘反向’脈沖，這在對兩個計數器代替數和時就可消除它們的影響(下面儀器的讀數也將涉及這點)。由此可見，時鐘產生器的頻率應大于振動頻率的大概*值。由圖4還可看出，在原一個脈沖信號的周期內，得到了四個計數脈沖。比方，原每圈脈沖數為1000的編碼器可產生4倍頻的脈沖數是4000個，其辨別率為0.09°。實際上，如今這類傳感器產品都將光敏元件輸出信號的放大整形等電路與傳感檢測元件封裝在一起，以是只要加上細分與計數電路就可以構成一個角位移丈量體系(74159是4-16譯碼器)。

根本技能規(guī)格

在增量式光電編碼器的利用進程中，對付其技能規(guī)格通常會發(fā)起差別的要求，此中*要害的便是它的辨別率、精度、輸出信號的穩(wěn)固性、相應頻率、信號輸出式樣。

(1) 辨別率

光電編碼器的辨別率因此編碼器軸轉動一周所產生的輸出信號根本周期數來表現的，即脈沖數/轉(PPR)。碼盤上的透光弊端的數量就便是編碼器的辨別率，碼盤上刻的弊端越多，編碼器的辨別率就越高。在財產電氣傳動中，根據差別的應用東西，可選擇辨別率通常在500~6000PPR的增量式光電編碼器，*可以到達幾萬PPR。交換伺服

(2) 精度

增量式光電編碼器的精度與辨別率完全無關，這是兩個差別的見解。精度是一種度量在所選定的辨別率范疇內，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的本領。精度通常用角度、角分或角秒來表現。編碼器的精度與碼盤透光弊端的加工質量、碼盤的機器旋轉環(huán)境的制造精度因素相關，也與安置技能相關。

(3) 輸出信號的穩(wěn)固性

編碼器輸出信號的穩(wěn)固性是指在實際運行條件下，保留法則精度的本領。影響編碼器輸出信號穩(wěn)固性的重要因素是溫度對電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不克保留法則的輸出特性，在計劃和利用中都要賜與富裕思考。

(4) 相應頻率

編碼器輸出的相應頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的相應速率。當編碼器高速旋轉時，倘若其辨別率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。倘若光電檢測器件和電子線路元器件的勞動速率與之不克相合適，就有大概使輸出波形緊張畸變，乃至產生丟失脈沖的表象。如許輸出信號就不克反應軸的位置信息。以是，每一種編碼器在其辨別率肯定的環(huán)境下，它的*轉速也是肯定的，即它的相應頻率是受限定的。編碼器的*相應頻率、辨別率和*轉速之間的干系請參考其他資料。

(5) 信號輸出式樣

在大多數環(huán)境下，直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不法則，還不克合適于控制、信號處理和遠離斷傳輸的要求。以是，在編碼器內還務必將此信號放大、整形。議決處理的輸出信號平常雷同于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號容易舉行數字處理，以是這種輸出信號在定位控制中得到廣泛的應用。采取正弦波輸出信號時根本消除了定位中斷時的振蕩表象，并且容易議決電子內插要領，以較低的資本得到較高的辨別率。

增量式光電編碼器的信號輸出式樣有：集電極開路輸出(OpenCollector)、電壓輸出(VoltageOutput)、線驅動輸出(LineDriver)、互補型輸出(ComplementalOutput)和推挽式輸出(TotemPole)。集電極開路輸出這種輸出方法議決利用編碼器輸出側的NPN晶體管，將晶體管的放射極引出端子相連至0V，斷開集電極與+Vcc的端子并把集電極作為輸出端。在編碼器供電電壓和信號接納裝置的電壓不一概的環(huán)境下，發(fā)起利用這種類別的輸出電路。輸出電路如圖1-3所示。重要應用范疇有電梯、紡織機器、注油機、主動化配置、切割機器、印刷機器、包裝機器和針織機器等。

電壓輸出這種輸出方法議決利用編碼器輸出側的NPN晶體管，將晶體管的放射極引出端子相連至0V，集電極度子與+Vcc和負載電阻相連，并作為輸出端。在編碼器供電電壓和信號接納裝置的電壓一概的環(huán)境下，發(fā)起利用這種類別的輸出電路。重要應用范疇有電梯、紡織機器、注油機、主動化配置、切割機器、印刷機器、包裝機器和針織機器等。

線驅動輸出這種輸出方法將線驅動IC芯片(26LS31)用于編碼器輸出電路，由于它具有高速相應和精良的抗噪聲性能，使得線驅動輸出適宜長隔斷傳輸。重要應用范疇有伺服電機、呆板人、cnc加工機器等?；パa型輸出這種輸出方法由上下兩個分別為PNP型和NPN型的三極管構成，當此中一個三極管導通時，別的一個三極管則關斷。這種輸出式樣具有高輸進阻抗和低輸出阻抗，因此在低阻抗環(huán)境下它也可以提供大范疇的電源。由于輸進、輸出信號相位雷同且頻率范疇寬，因此它得當長隔斷傳輸。重要應用于電梯范疇或范疇。推挽式輸出這種輸出方法由上下兩個NPN型的三極管構成，當此中一個三極管導通時，別的一個三極管則關斷。電流暢過輸出側的兩個晶體管向兩個方向流進，并始終輸出電流。因此它阻抗低，并且不太受噪聲和變形波的影響。重要應用范疇有電梯、紡織機器、注油機、主動化配置、切割機器、印刷機器、包裝機器和針織機器等