光电式传感器光电编码器(课堂)课件

光

电

编码器

——光电式传感器12光电编码器

上节课内容：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。22022/12/29上节课内容：光电式传感器：发光原件：发光二极管等光电二极管，光电编码器光电编码器：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二进制编码脉冲32022/12/29光电编码器光电编码器：是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何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42022/12/29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52022/12/2952022/12/27增量式编码器绝对式编码器各类光电式编码器异同点62022/12/29增量式编码器绝对式编码器各类光电式编码器异同点62022/1l－均匀分布透光槽的编码盘2－LED光源3－光栏板上狭缝4－sin信号接收器5－cos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。增量式光电编码器72022/12/29l－均匀分布透光槽的编码盘每产生一个输出脉冲信号增量式光电编码器82022/12/29增量式光电编码器82022/12/27＝360°／条纹数＝360°／1024＝0.352°

输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对的累加，即，角位移＝N

如：＝0.352，脉冲N＝1000，

则：

＝0.352×1000＝352增量式光电编码器分辨角92022/12/29＝360°／条纹数＝360°／1024＝0.352°90ABAB

光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辨向。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。增量式光电编码器辨向102022/12/2990ABAB光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相

一转（360）CC

在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。增量式光电编码器零标志（一转脉冲）112022/12/29一转（360）CC在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能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。122022/12/29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1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝；5－光电元件绝对式光电编码器132022/12/291－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝；5－光电元件绝对式导电为“1”，非导电为“0”DB二进制R格雷码DB二进制R格雷码012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000绝对式光电编码器142022/12/29导电为“1”，非导电为“0”DBRDBR00000000088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。绝对式光电编码器分辨率单圈多圈152022/12/29显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分辨绝对式光电编码器162022/12/29绝对式光电编码器162022/12/27在数控机床中的应用位置反馈xx＝t/360×

通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。t为丝杠转动一整圈，工作台的位移绝对式光电编码器172022/12/29在数控机床中的应用位置反馈xx＝t/360×通类型数字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绝对式光电编码器182022/12/29类型数字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在伺服电机中的应用应用方面：转子磁极位置测量角位移测量转速测量伺服电机编码器绝对式光电编码器192022/12/29在伺服电机中的应用应用方面：伺服电机编码器绝对式光电编码器1转速测量光电编码器转速测量动画演示绝对式光电编码器202022/12/29转速测量光电编码器转速测量动画演示绝对式光电编码器20202M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1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n=60×65536/（1024×5）=768r/min

编码器每转产生N个脉冲，在T

时间段内有m1

个脉冲产生，则转速（r/min)为:n=60m1/（NT）转速测量绝对式光电编码器212022/12/29M法测速（适合于高转速场合）m1T有一增量式光电编码器T法测速（适合于低转速场合）

编码器输出脉冲时钟脉冲fc

m2

编码器每转产生N

个脉冲，用已知频率fc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m2，则转速(r/min)为：

n=60fc/（Nm2）

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3000，时钟频率fc为1MHz

，则转速（r/min)为：n=60fc/（Nm2）=60×106/（1024×3000）=19.53r/min转速测量绝对式光电编码器222022/12/29T法测速（适合于低转速场合）编码器输出脉冲时钟脉冲fc转速应用举例232022/12/29转速应用举例232022/12/27小结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；编码器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。缺点：结构复杂，价格高，光源寿命短等。主要用于角度控制、定位、测长。242022/12/29小结增量式优点：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达课后内容预习光栅位移传感器内容光栅位移传感器252022/12/29课后内容预习光栅位移传感器内容光栅位移传感器25202

光

电

编码器

——光电式传感器262光电编码器

上节课内容：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。272022/12/29上节课内容：光电式传感器：发光原件：发光二极管等光电二极管，光电编码器光电编码器：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二进制编码脉冲282022/12/29光电编码器光电编码器：是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何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292022/12/29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302022/12/2952022/12/27增量式编码器绝对式编码器各类光电式编码器异同点312022/12/29增量式编码器绝对式编码器各类光电式编码器异同点62022/1l－均匀分布透光槽的编码盘2－LED光源3－光栏板上狭缝4－sin信号接收器5－cos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。增量式光电编码器322022/12/29l－均匀分布透光槽的编码盘每产生一个输出脉冲信号增量式光电编码器332022/12/29增量式光电编码器82022/12/27＝360°／条纹数＝360°／1024＝0.352°

输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对的累加，即，角位移＝N

如：＝0.352，脉冲N＝1000，

则：

＝0.352×1000＝352增量式光电编码器分辨角342022/12/29＝360°／条纹数＝360°／1024＝0.352°90ABAB

光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辨向。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。增量式光电编码器辨向352022/12/2990ABAB光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相

一转（360）CC

在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。增量式光电编码器零标志（一转脉冲）362022/12/29一转（360）CC在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能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。372022/12/29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1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝；5－光电元件绝对式光电编码器382022/12/291－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝；5－光电元件绝对式导电为“1”，非导电为“0”DB二进制R格雷码DB二进制R格雷码012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000绝对式光电编码器392022/12/29导电为“1”，非导电为“0”DBRDBR00000000088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。绝对式光电编码器分辨率单圈多圈402022/12/29显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分辨绝对式光电编码器412022/12/29绝对式光电编码器162022/12/27在数控机床中的应用位置反馈xx＝t/360×

通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。t为丝杠转动一整圈，工作台的位移绝对式光电编码器422022/12/29在数控机床中的应用位置反馈xx＝t/360×通类型数字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绝对式光电编码器432022/12/29类型数字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在伺服电机中的应用应用方面：转子磁极位置测量角位移测量转速测量伺服电机编码器绝对式光电编码器442022/12/29在伺服电机中的应用应用方面：伺服电机编码器绝对式光电编码器1转速测量光电编码器转速测量动画演示绝对式光电编码器452022/12/29转速测量光电编码器转速测量动画演示绝对式光电编码器20202M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1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n=60×65536/（1024×5）=768r/min

编码器每转产生N个脉冲，在T

时间段内有m1

个脉冲产生，则转速（r/min)为:n=60m1/（NT）转速测量绝对式光电编码器462022/12/29M法测速（适合于高转速场合