光電編碼器 光電編碼器工作原理 光電編碼器應用

光電編碼器技術

常用的光電式編碼器為增量光電編碼器，亦稱光電碼盤、光電脈沖發生器、光電脈沖編碼器等，它把機械轉角變成電脈沖，是數控機床上常用的一種角位移檢測元件，也可用于角速度檢測。從名字我們能知道，光電編碼器是通過光線來檢測位置信號的。一個光電編碼器主要包含四種原件：
?  光源（通常為LED）
  ?  傳感器
  ?  可旋轉的碼盤
  ?  遮光掩碼盤

在與被測軸同心的碼盤上刻制了按一定編碼規則形成的遮光和透光的軌道。碼盤的一邊是發光LED，另一邊則是接收光線的傳感器。碼盤隨著被測軸的轉動使得透過碼盤的光束產生間斷，通過光電器件的接收和電路的處理，產生特定電信號的輸出，再經過數字處理可計算出位置和速度信息。

在光電編碼器中每個傳感器用于一路信號的檢測。一條碼道可以配合兩個傳感器進行檢測，這兩個傳感器檢測出來的信號會有一定的相位偏差。從這組帶相位差的信號我們可以得到更多的信息比如旋轉方向。如果我們需要零位信號用于脈沖計數的校正，通常碼盤上還會有另一條軌道用于產生零位信號。

采用光學相位陣技術的光電編碼器比傳統的設計更加可靠。光學相位陣技術的原理是采集多路信號的平均值作為一路信號，所以帶來的好處是采集的信號更加穩定可靠，適合應用在一些更復雜的環境當中，例如采礦，重型機械等。因為在這些環境中振動和沖擊會影響傳統編碼器的信號采集。另外采用光學相位陣技術的編碼器在安裝精度上的要求也比傳統光學編碼器要低。

光電編碼器的測量精度

光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周的條紋數有關，即分辨角α＝360°/狹縫數。如條紋數為1024，則分辨角α＝360°/1024＝0.352°。光電編碼器的輸出信號A、和B、為差動信號。差動信號大大提高了傳輸的抗干擾能力。在數控系統中，常對上述信號進行倍頻處理，以進一步提高分辨力。例如，配置2000脈沖／r光電編碼器的伺服電動機直接驅動8mm螺距的滾珠絲杠，經數控系統4倍頻處理后，相當于8000脈沖／r的角度分辨力，對應工作臺的直線分辨力由倍頻前的0.004mm提高到0.001mrn。光電式編碼器的優點是沒有接觸磨損，碼盤壽命長，允許轉速高，而且最外圈每片寬度可做得很小，因而精度高。缺點是結構復雜，價格相對要高，光源壽命偏短。

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光學編碼器的應用

增量式光電編碼器按每轉發出的脈沖數的多少來分有多種型號，比如數控機床最常用的如下表所列，根據數控機床絲杠螺距來選用。

為了適應高速、高精度數字伺服系統的需要，先后又發展了高分辨率的光電脈沖編碼器。現在已有使用每轉發出10萬乃至幾百萬個脈沖的編碼器，該類光電脈沖編碼器裝置內部應用了微處理器。

光學編碼器通過特殊的設計可以達到非常高的精度，單圈分辨率也可以超過4百萬個脈沖。這些優勢使得光學編碼器在很多對分辨率要求很高的場合占有一席之地，例如：電腦的鼠標，復印機或是醫療機械。通過光學相位陣技術的應用，光電編碼器也可以在更惡劣的環境中使用，例如塔基。

盡管在一些極端惡劣的環境下我們可能會考慮磁性編碼器，但我們需要考慮一個問題：究竟是光電編碼器的精度和分辨率對我們的系統更重要，還是磁性編碼器的可靠性更重要。

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