光电码盘式传感器课件

1、光电码盘式传感器编码器主要内容什么是编码器编码器的种类 编码器的主要组成部分增量编码器的原理绝对值编码器的原理编码器的机械安装编码器的在产品中的应用.介绍 什么是编码器?编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件。它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。这种电子信号通常需要连接到控制系统(PLC、高速计数模块、变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数据，以便进行下一步工作。编码器一般应用于机械角度、速度、位置的测量。介绍编码器种类编码器的分类按测量方式的分类： 旋转编码器 1、接触式 2、电磁式 3、光电式等 直尺编码器按编码方式的分类：

2、 绝对式编码器 增量式编码器 混合式编码器编码器的前身接近开关-（齿轮传感器）接近传感器的安装接近传感器的信号输出光电编码器光电编码器的基本部件电气输出短路保护反极性保护放大电路抗干扰电路等数据输出 增量/绝对值机械系统旋转轴安装法兰+附件轴承系统支架外壳数据扫描系统LED光源&光敏电阻/永磁&霍尔元件增量码盘/绝对值码盘数据处理系统光电编码器光电编码器读出原理发光二极管光电二极管输出型号栅格,虑光镜码盘光电编码器光电编码器结构原理绝对值和增量编码器的区别 -码盘的不同是本质的区别 增量编码器绝对值编码器传送在一转中每一步的唯一的位置信息位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时一般应用于角

3、度测量及往复运动在卷扬机和探尺控制中一般作为位置反馈一般用来测试速度与方向在卷扬机和探尺控制中一般作为电机的速度反馈也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失增量编码器显示速度与旋转方向显示角度位置(脉冲累计)角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失分辨率通过每转多少脉冲表示增量编码器脉冲盘设计图增量信号可以达到10000 脉冲/圈 A/ B/ 0通道 反相同道0脉冲参考信号编码器码盘的设计:一般采用以下3种材质 玻璃码盘适宜于高精度,镍和塑料码盘适宜于中等精度通道Z增量编码器输出信号：3通道信号在双通道编码器的基础上增加了一个零位信号，用于基准点定位一般测长度使用该信号，

4、测速一般不使用该信号。 信号输出如图： 可以测试速度 可以测试旋转方向 可以定位通道A通道 B增量编码器的产品范围光电式增量编码器多种外型尺寸24, 30, 40, 58, mm轴型编码器BTIV, BDK, BDT, 通孔型编码器BHF, BHG, BHW, 盲孔型编码器BTIH, BHK, BHT, 绝对值编码器应用于角度测量及往复运动的测量在0360的每一个角度位置传输一个唯一的信号 (单圈)在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈）即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零 !码盘材质一般为玻璃或高分子材料！Bit 1Bit 2Bit nselectF/R*

5、strobeshaft infraredtransmitter-LEDpulse diskphoto diodearrayonly for absolute encoderwith code convertercompa-ratorsmemorycode-converteroutputdriver数据盘设计图绝对输出信号分辨率达到18BIT的绝对信号格雷码与二进制码输出ASIC光电编码01111100绝对值单圈和多圈编码器单圈绝对编码器传输一圈内唯一的信号 (0360)单转的位置来源于码盘或霍尔传感器多圈绝对编码器传输完整的一圈后继续计数.计数靠电池缓冲记忆多圈绝对编码器一般范围可达到4096

6、转，单圈分辨率8196（25位）.锂电池霍尔传感器磁簧继电器光电绝对多圈编码器N透镜脉冲盘光电-ASIC磁铁传感器轴LEDASIC数据锂电池cw/ccw, 零位设置, 电池检测机械机械接口盲孔轴套编码器轴径 1.5 .50,8 mm外壳直径 24.80 mm安装附件丰富轴型编码器轴径 4.12 mm外壳直径 24.89 mm夹紧或者伺服法兰安装附件丰富通孔轴套编码器轴径 1.5 .110 mm外壳尺寸 58.227 mm安装附件丰富机械编码器安装version 1:外壳固定，使用柔性联轴器coupling适配器板机械编码器安装类型 2:外壳固定，使用柔性联轴器伺服法兰连轴器编码器安装类型 3:

7、外壳固定，使用柔性联轴器机械编码器安装类型 3:外壳可移动, 轴固定，通过销钉力矩安装螺丝(盲孔)力矩销/力矩 弹片机械编码器安装机械编码器寿命的影响轴负载转速温度振动联轴器可以减轻振动，矫正垂直度、同心度不好等问题垂直度矫正 同心度矫正 lifetime600050004000300020001000020406080100120axial force = 50 Nx1000000 rev.Radial force in N编码器电气接口并口方便:每一位对应一根线位数越高,价格越贵SSI (同步串行接口)点对点连接高的数据速率现场总线系统ProfibusCANopenDeviceNetEth

8、erCAT光电编码器客户对光电编码器的需求电气接口标准输出电路短路保护符合 电磁兼容性 (CE)标准连接方式轴可承受高的轴负载机械标准较高的防护等级严密的机械冗余安装简单光电式读出高分辨率 参考信号 (增量式)判定旋转方向精确扫描读出系统编码器的等级经济性和标准型编码器： 轴承 外壳密封 温度等级 输出信号与电源电磁兼容性内部零件：检测程序与标准及最后的成本磁电作用 被测非电量电信号测量电路U、I 磁电式传感器 磁电式传感器的定义 通过磁电作用，被测非电量转换为电信号的传感器。磁电式传感器的感测量 磁场、速度、位移、加速度、压力、电流等。磁电式传感器的种类 根据工作原理：感应式、霍尔式和磁敏式

9、等。磁电感应式传感器：利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。有源传感器：不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号。特点：输出功率大，性能稳定，具有一定的工作带宽（101000 Hz）。一、磁电感应式传感器概述磁电感应式传感器根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为 B稳恒均匀磁场的磁感应强度；l导体有效长度；v导体相对磁场的运动速度。 二、磁电感应式传感器工作原理1、恒磁通式工作原理变磁通式恒磁通式分类感生电动势原理动生电动势原理磁电感应式传感器磁路系统产生恒定的磁场，磁路中的工作气隙固定不变

10、，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 二、磁电感应式传感器工作原理1、恒磁通式工作原理弹簧较软，运动部件质量相对较大。当壳体随被测振动体一起振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收。永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势。磁电感应式传感器当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势E与磁通变化率d/dt关系为二、磁电感应式传感器工作原理2、变磁通式工作原理1永久磁铁； 2软磁铁；3感应线圈； 4铁齿轮；开磁路变

11、磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势。感应电势变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，不宜测量高转速的场合。 磁电感应式传感器当测量电路接入磁电传感器电路时，Rf为测量电路输入电阻，R为线圈等效电阻，则磁电传感器的输出电流和电压为 三、磁电感应式传感器基本特性1、磁电传感器的灵敏度传感器的输出电流和电压灵敏度分别灵敏度为 灵敏度相对误差为 灵敏度误差：工作温度变化、外界磁场干扰、机械振动或冲击，灵敏度会变化。 磁电感应式传感器磁电式传感器

12、产生非线性误差的主要原因：电流磁场效应。三、磁电感应式传感器基本特性2、磁电传感器的非线性误差传感器线圈内流过电流时，产生一定的交变磁通，叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化。当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速度增大时，产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用，传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。传感器电流的磁场效应 磁电感应式传感器三、磁电感应式传感器基本特性2、磁电传感器的非线性误差当线圈的运动速度反向时，感应电势、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向，从而增大了传感器的灵敏度。因此，线圈运动速度方向不同时，传感器的灵敏度具有不

13、同的数值，使传感器输出基波能量降低，谐波能量增加, 即这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。 传感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。 传感器电流的磁场效应 磁电感应式传感器三、磁电感应式传感器基本特性3、磁电传感器的温度误差当温度变化每摄氏度时，对铜线变化量为dl/l0.16710-4, dR/R0.4310-2，dB/B的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B-0.0210-2，灵敏度随温度变化误差为这一数值是很可观的，需要进行温度补偿。热磁分流器补偿：热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。在正常工作温度下已将空气隙磁通分掉一小部分。当

14、温度升高时，热磁分流器的磁导率显著下降，经分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低，从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。 四、磁电感应式传感器测量电路 磁电感应式传感器磁电感应式传感器直接输出电动势，且通常具有高的灵敏度，一般不需要高增益放大器。磁电感应式传感器是速度传感器，若要获得被测位移或加速度信号，则需配用积分电路或微分电路。在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘。磁电传感器的检测元件部分由永久磁铁、感应线圈和铁芯组成。一、磁电式扭矩传感器磁电式传感器应用当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，在线圈中感应出交流电压， 其频率在数值上等

15、于圆盘上齿数与转数的乘积。检测磁场是霍尔式传感器最典型的应用之一。霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，使磁力线和器件表面垂直，通电后即可输出与被测磁场的磁感应强度成线性正比的电压。二、霍尔元件检测磁场磁电式传感器应用电位差计mAESNR霍尔磁敏传感器测磁场原理A光电器件 被测非电量电信号测量电路U、I 光电式传感器 光电式传感器的定义 以光电器件或传播光路为敏感元件，将被测量通过光信号的变化转换为电信号变化的传感器。光电式传感器的物理基础和组成 物理基础：光电效应。光源、光学元件和光电元件三部分。光电式传感器的感测量 位移、振动、压力、加速度、液位、成分含量等。光电式传感器的种类 根据

16、工作原理：内光电效应型和外光电效应型。光波：波长10106nm电磁波。可见光波长：380780nm；紫外线波长：10380nm；红外线波长：780106nm。一、光的特性1 光的特性与光源光具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。光的粒子性：光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大。电磁波谱图二、常用光源1 光的特性与光源常用光源发光器件物体辐射光白炽光源气体放电光源发光二极管激光器GaP、SiC可见光LEDGaAs红外LED二、常用光源1 光的特性与光源808 nm 大功率LD650 nm LD1

17、.55 um LD模块一、光电效应基本概念2 光电效应金属金属氧化物半导体光照 电子光电效应是光电传感器的基本转换原理。外光电效应和内光电效应。 内光电效应光照半导体 电子在物体内部运动外光电效应金属金属氧化物光照电子逸出物体表面外光电效应：物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。二、外光电效应（3）逸出的光电子具有动能。（4）从光照至发射电子，时间 10-9 s。爱因斯坦光电效应方程： （1）光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功。（2）入射光频谱成分一定时，产生的光电流和光强成正比。8.2 光电效应光敏电阻：内光电效应

18、器件。三、光敏电阻基本结构：在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，在半导体上覆盖一层漆膜。3 光电器件1、基本结构与工作原理工作原理：光电导效应。当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。（1）光敏二极管结构与一般二极管相似。在透明玻璃外壳中，PN结装在管的顶部，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，在没有光照射时反向电流很小，称为暗电流；光照射在PN结上，PN结附近产生光生电子空穴对，在PN结处内电场作用下定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。光敏晶体管工作原理：基于光生伏特效应。 3 光电器件四、光敏二极管和光敏三极管

19、 1、结构与原理因此，光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。 （2）光敏三极管与一般晶体管相似，具有两个PN结，只是发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。3 光电器件四、光敏二极管和光敏三极管 1、结构与原理光敏二极管光敏三极管大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，在结附近产生电子空穴对，会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的倍，所以光敏晶体管有放大作用。 （3）达林顿光敏管光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林

20、顿光敏管。3 光电器件四、光敏二极管和光敏三极管 1、结构与原理达林顿光敏管的等效电路：一个光敏晶体管和一个晶体管以共集电极连接方式构成的集成器件。增加了一级电流放大，输出电流能力大大加强，甚至可不必经过进一步放大，便可直接驱动灵敏继电器。但无光照时暗电流也增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。 光电开关：利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、 “关”信号的器件。3 光电器件光电开关透射式光电开关：发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体经过时，会阻断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，起到了检测作

21、用。反射式光电开关：发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测物所在处。当有物体经过时，接收元件将接收到从物体表面反射的光，没有物体时则接收不到。光电开关的特点：小型、高速、非接触，与TTL、 MOS等电路容易结合。4光电式传感器应用光电测量方法灵活多样，可测参数众多，又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和响应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等相继应用，使光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。光电式传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。4 光电式传感器应用一、光纤加速度传感器光纤加速度传感器是一种简谐振子的结构形式。激光束通过分光板后分为两束光，透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。当传感器感受加速度时，质量块M对光纤作用，从而使光纤被拉伸，引起光程差的改变，进而反射光相位发生变化。相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光