4[1].2_光电码盘

1、数字式传感器数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出把输入量转换成数字量输出优点优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免 在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。计算机处理。角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺）角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺）原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等 类型：绝对是编码器和增量式编码器类型：绝对是编码器和增量式编码器4.2.1 工作原理工作原理4.2.2 码盘和码制码盘和码制4.2.3 二进制码与

2、循环码的转换二进制码与循环码的转换4.2.4 应应 用用6位二进制码盘位二进制码盘根据码盘起始和终止位置就可确定转角，与转动中间过程无关根据码盘起始和终止位置就可确定转角，与转动中间过程无关。 （1）n位位(n个码道个码道)的二进制码盘具有的二进制码盘具有2n种不同编码，称其种不同编码，称其容量为容量为2n， 其最小分辨力其最小分辨力136002n，它的最外圈角节，它的最外圈角节距为距为21；（2）二进制码为有权码，编码）二进制码为有权码，编码Cn,Cn-1，C1对应于由零对应于由零位算起的转角为：位算起的转角为：（3）码盘转动中，）码盘转动中，CK变化时，所有变化时，所有Cj(jK)应同时变

3、化。应同时变化。1112iniiC绝对式接触式编码器绝对式接触式编码器演示演示4个电刷 4 4位二进制位二进制码盘码盘 +5V +5V输入输入 公共码道公共码道 最小分辨角度为最小分辨角度为 =360/2n 绝对式光电编码器绝对式光电编码器 a）光电码盘的平面结构（8码道） b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道） 高位高位低位低位l要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘制作造成很大困难。制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只由于微小的制作误差，只要有要有个码道提前或延后改变，就可能造成输个码道提前或延后改变，就可能造成输出的粗大误差。出的粗

4、大误差。l消除粗大误差方法：消除粗大误差方法：双读数头法，循环码代替二进制码双读数头法，循环码代替二进制码双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有困难。困难。 (a) 四位二进制码盘展开图四位二进制码盘展开图 (b) 采用双读数头消除粗大误差的示意图采用双读数头消除粗大误差的示意图 (1)n位循环码码盘具有位循环码码盘具有2n种不同编码种不同编码；(2)循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，其余各位相同；循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，其余各位相同；(3)循环码为无权码

5、；循环码为无权码；(4)循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化， 不会产生粗误差。不会产生粗误差。 iiiiiinnCCRRCCRC114位二进制码与循环码的对照表位二进制码与循环码的对照表补：增量式编码器补：增量式编码器转轴转轴盘码及盘码及狭缝狭缝光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC1.分辨力及分辨率 增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，即最小能分辨的角 度及分辨率为： 360 11-3n1 11-4n分辨率2.输出波

6、形 为了判断码盘旋转的方向，在上图的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，有时又称为sin、cos元件。辨向信号和零标志辨向信号和零标志 光电编码器的光栏板上有光电编码器的光栏板上有A组组与与B组两组狭缝，彼此错开组两组狭缝，彼此错开1/4节距，节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号的信号A、 B彼此相差彼此相差90 相位，用相位，用于辩向。当编码正转时，于辩向。当编码正转时，A信号超信号超前前B信号信号90 ；当码盘反转时，；当码盘反转时，B信信号超前号超前A信号信号90 。(请画出反转时

7、信号请画出反转时信号B的波形）的波形） 在上一页图的码盘里圈，还有一根在上一页图的码盘里圈，还有一根狭缝狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信一转信号号”或或零标志脉冲零标志脉冲，作为测量的，作为测量的起始基准起始基准。 光学码盘测角仪的原理图光学码盘测角仪的原理图1光源光源 2大孔径非球面聚光镜大孔径非球面聚光镜 3码盘码盘 4狭缝狭缝 5光电元件光电元件l 编码器的分辨力所代表的角度不是整齐的数，显示器编码器的分辨力所代表的角度不是整齐的数，显示器总是希望以度、分、秒来表示，为此需要使用脉冲当总是希望以度、分、秒来表示，为此需要使用脉冲当量变换

8、电路。量变换电路。 角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，可用于数字测速、工位编码、可用于数字测速、工位编码、伺服电机控制伺服电机控制等。等。 T 编码器每转产生编码器每转产生 N 个脉冲，在个脉冲，在T 时间段内有时间段内有 m1 个个脉冲产生，则转速（脉冲产生，则转速（r/min)为为 ：n = 60m1/（NT） 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，则个脉冲，则转速（转速（r/min)为为 ： n = 60 65536 /（1024

9、 5） r/min = 768 r/min m1时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 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，填充到编码器输出的两作为时钟，填充到编码器输出的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m2 ，则转速，则转速(r/min)为为 n = 60fc / （Nm2 ） 时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 m2 n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min 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，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频，时钟频率率fc为为1MHz ，则转速（，则转速（r/min)为为 ：1 1绝对式编码器绝对式编码器 2电动机电动机 3转轴转轴 4转盘转盘 5工件工件 6刀具刀具 设该增量式光电编码器设该增量式光电编码器的参数为的参数为1024 1024 p/rp/r，大、小，大、小皮带轮的传动比为皮带轮的传动比为5 5，若希望，若希望当加工好元件当加工好元件1 1后紧接着加工后紧