文本编码器原理

编码器-伺服电机编码器原理及编码器分类

导语：编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

伺服电机编码器原理 伺服编码器这个基本的功能与普通编码器是一样的，比如增量型的有A,A反，B，B反，Z，Z反等信号，除此之外，伺服编码器还有着跟普通编码器不同的地方，那就是伺服电机多数为同步电机，同步电机启动的时候需要知道转子的磁极位置，这样才能够大力矩启动伺服电机，这样需要另外配几路信号来检测转子的当前位置，比如增量型的就有UVW等信号，正因为有了这几路检测转子位置的信号，伺服编码器显得有点复杂了，以致一般人弄不懂它的道理了，加上有些厂家故意掩遮一些信号，相关的资料不齐全，就更加增添了伺服电机编码器的神秘色彩。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 伺服电机编码器分类 1、增量型编码器 除了普通编码器的ABZ信号外，增量型伺服编码器还有UVW信号，目前国产和早期的进口伺服大都采用这样的形式，线比较多。 2、绝对值型伺服电机编码器

增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。 解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。 比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机，我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。

编码器原理

(1)光电编码器

光电编码器是一种二进制光电位置指示器，其基本原理是由不同等分的明暗相间的条纹，通过光电元件取得角度位置的二进制数字信号，最后进行解码取得角度位置的绝对值或相对值。绝对编码器的码形总是唯一的，这种码形给出了长度或角度的位置。光电编码器由光源，码盘和光电接收器所组成。码盘是编码器中的最重要的器件。图3.17是一个八位编码器的码盘和编码器的工作原理图。这里的码盘是一种自然码盘。绝对编码器的码形有多种形式。一种叫做格瑞码

的码盘特别适用于光学编码器（见图3.18(a)）。这种码盘每进一格仅改变一个数码，不易产生错码现象。

图 3.18 (a) 格瑞码的码盘和(b)增量编码器的码盘

图 3.19 增量编码器码盘脉冲信息细分的工作原理，图中z表示零位

光电编码器的另一类是增量编码器。增量编码器的码盘如图3.18(b)所示。它的码盘是由明暗相间的条纹所构成。一般来讲同样分辨精度的增量编码器要比绝对编码器便宜得多。增量编码器还有一些提高分辨精度的方法。通常增量光栅码盘有四个刻道，其中两个是明暗相间的条纹码，另外两个是电源亮度指示码。这两个条纹码之间相互错开，这样这种码盘的编码器就不但可以给出码盘运动的角度和大小，而且可以给出码盘运动的方向。同时当光栅码盘的方波脉冲信息输入到顺时针 和逆时针

的增减计数器中时，这种两个条纹码的方波信息就可以分解为一倍、两倍或四倍的精细信号以提高编码器的分辨本领。如果光栅码盘的质量好，这种精细的四倍的信号可以精确到每一个信号脉冲的二分之一。

为了获得更为精细的分辨本领一种用光栅读头的方法可以达到这个目的。（见图3.20）这时在旋转光栅的后面加上了一个小的子光栅。当相干光照射在光栅盘上时，在子光栅面上的光强为(leki,1999)：

(3.58)

图 3.20 增量编码器中子光栅码盘细分的工作原理图(leki,1999)

式中 是光栅的投射率。如果第一个光栅的周期是 ，第二个光栅的周期也是 。用 作为在焦面上的空间频率，则在焦面上的光能量为：

高精度的光电编码器的结构及原理

2009年06月12日 星期五 8:48

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”

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、„、1111。

图1

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子线路。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

数据・数控——光电编码器的原理与应用　机床电器２０１０．２　

光电编码器的原理与应用　

姜义（威海职业学院，２６４２１０）　

摘要：位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用是检测位移量，并发出反馈信号。在现代数控伺服系　统中广泛应用于角位移或角速率的测量。目前生产和使用的数控机床大多采用的是半闭环控制方式。　关键词：光电编码器；角位移；脉冲；传感器　中图分类号：ＴＰ２１２．１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—０４加（２０１０）０２—００２５—０４　

０　引言　

光电编码器是一种旋转式位置传感器，在现代伺　

服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量，它的转　轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。它能　将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。　光电编码器分为绝对式和增量式两种类型。增量　

式光电编码器具有结构简单、体积小、价格低、精度高、　响应速度快、性能稳定等优点，应用更为广泛。在高分　辨率和大量程角速率／位移测量系统中，增量式光电编　码器更具优越性。绝对式编码器能直接给出对应于每　

个转角的数字信息，便于计算机处理，但当进给数大于　

一转时，须作特别处理，而且必须用减速齿轮将两个以　

上的编码器连接起来，组成多级检测装置，使其结构复　杂、成本高。　

１　增量式编码器　

１．１　增量式光电编码器的结构　

增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列　脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加　

减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编　码器结构示意图如图１所示。　

（ａ）外形　（ｂ）内部结构　卜砖事申　拉光二极管３一光栏板４一零标志位光槽　５一光敏元件６一码盘７～电源及信号线连接座　图１　增量式光电码盘结构示意图　

光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制　成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向　心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从　

几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等　分成ｎ个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄　板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。