光电编码器原理课件
光电编码器 光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上 的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传 感器。这是目前应用最多的传感器,光电编码 器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是 在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方 形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋 转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极 管等电子元件组成的检测装置检测输出若干 脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲 的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为 判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&or dm;的两路脉冲信号。
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁 式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号 输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式 三种。(REP)
1.1增量式编码器
111 l=J 1=
增量式编码器是直接利用光电转换原理
输出三组方波脉冲A、和Z相；A、B两组
脉冲相位差9Oº,从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器
绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，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。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。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：
1.2.1可以直接读出角度坐标的绝对值； 1.2.2
没有累积误差；
1.2.3电源切除后位置信息不会丢失。但
是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。
1.3混合式绝对值编码器
混合式绝对值编码器, 它输出两组信息:
一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信
息。
光电编码器是一种角度（角速度）检测装
置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的
装置和设备中。
2009年06月12日星期五08:48
本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：
光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器
绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0搭来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23. 22、21和20, 4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、llllo
b)
按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器,包括光源、透镜.码盘、光敏二极管和驱动电壬线路。当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0” ,遮光的码道对应的光敏二极管不导通, 输出高电平“1” ,这样形成与编码方式一致的高.低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器Increamental Optical-electrical Encoder
增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。工作时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差90o的近似正弦信号，再由逻辑电路形成转向信号和计数脉冲信号。为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零。利用增量式光电编码器可以检测电机的位置和速度。
二、光电编码器的测量方法：
光电编码器在电机控制中可以用来测量电机转子的磁场位置和机械位置以及转子的磁场和机械位置的变化速度与变化方向。下面就我就光电编码器在这几方面的应用方法做一下介绍。
（一）、使用光电编码器来测量电机的转速
可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。
M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，如图2所示，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。现在假设检测时间是Tc,计数器的记录的脉冲数是Ml,则电机的每分钟的转速为
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图2 \I法测速原理
编码器脉沖信号
_FLn_n_n _______ n_n_n_n
时钟脉冲信号
图3 T法测速原理
在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半
