1、第五章軸角編碼裝置任課教師：李正強20142015學(xué)年第二學(xué)期2一、教學(xué)要求： 本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對值碼盤的結(jié)構(gòu)工作原理;掌握增量碼盤和絕對值碼盤、光柵的工作原理;二、教學(xué)時間安排：2學(xué)時 3第一節(jié) 編碼器第二節(jié) 光柵本章重點：增量碼盤工作原理本章難點：碼盤的精度本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：4第一節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器位移測量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵5第一節(jié) 編碼器概述功能：編碼器俗稱碼盤，用來測量轉(zhuǎn)角并把它轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字形式的輸出信號。分類：1.根據(jù)輸出信號的基本形式：增量式和絕對式2.根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理：接觸式、光電式、電磁式6第一節(jié) 編碼器概述1 增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)7第一

2、節(jié) 編碼器概述1 增量碼盤（1）結(jié)構(gòu) 大圓盤上刻有均勻分布的輻射狀窄縫，分布的周期稱為節(jié)距。兩組檢測窄縫節(jié)距和圓盤上的相同，窄縫的位置相隔k1/4節(jié)距，兩個輸出信號在相位上相差90。81 增量碼盤（2）工作原理第一節(jié) 編碼器概述91 增量碼盤（2）工作原理 當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，光線透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器A 和B 上。通過的光線強度隨轉(zhuǎn)角作周期性的變化，所以光電轉(zhuǎn)換器輸出的電流信號隨轉(zhuǎn)角作周期變化，變化周期為窄縫的節(jié)距 L。周期信號可分解為基波與諧波之和，諧波小時，用基波的正弦信號作為光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號。光電轉(zhuǎn)換器A 和B 這兩路信號經(jīng)邏輯電路處理、計數(shù)后就能得到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，并可以辨別

3、轉(zhuǎn)動方向。第一節(jié) 編碼器概述101 增量碼盤（3）信號處理第一節(jié) 編碼器概述微分裝置，信號由低向高跳變時輸出一個脈沖。正轉(zhuǎn)時輸出正轉(zhuǎn)脈沖,反轉(zhuǎn)時輸出反轉(zhuǎn)脈沖。每輸出1個脈沖，表示轉(zhuǎn)過了一個節(jié)距。為了判別轉(zhuǎn)動方向，信號b是不可缺少的，這是用兩個檢測窄縫的原因。11 將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計數(shù)器就能正確計算出脈沖數(shù)N，再乘以一個脈沖對應(yīng)的角度增量，就得到相對初始位置的角度角位移增量N。如何獲得絕對位置信息? 計算軸的轉(zhuǎn)角要有基準(zhǔn)。增量碼盤事先規(guī)定一個基準(zhǔn)零點，稱為零位。相對這個零位的轉(zhuǎn)角位置稱為絕對位置。如何找到基準(zhǔn)? 增量碼盤有3 個輸出端，分別稱為A 、B 和Z 。Z 相送出的脈沖就是零位

4、脈沖。1 增量碼盤（3）信號處理第一節(jié) 編碼器概述121 增量碼盤（4）尋零第一節(jié) 編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時，一個方向轉(zhuǎn)，一圈之內(nèi)就可找到零位脈沖轉(zhuǎn)角受限時，一個方向轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到頭還找不到就反轉(zhuǎn)只作速度控制，是否需要尋零？131 增量碼盤（4）尋零第一節(jié) 編碼器概述有沒有更快的尋零方法？141 增量碼盤（4）尋零第一節(jié) 編碼器概述151 增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié) 編碼器概述一個脈沖對應(yīng)的轉(zhuǎn)角表示碼盤的分辨率和靜態(tài)誤差。所以分辨率為如何提高碼盤的分辨率？161 增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié) 編碼器概述 細分技術(shù)能在不增加碼盤刻線數(shù)及價格的情況下提高碼盤的分辨率。 細分前，碼盤的分辨

5、率對應(yīng)一個節(jié)距。采用4細分技術(shù)后，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。 在脈沖傳輸過程中，若由于干擾而丟失脈沖或竄入脈沖時將會產(chǎn)生累計誤差。171 增量碼盤（6）優(yōu)缺點第一節(jié) 編碼器概述優(yōu)點 精度高（可用倍頻電路進一步提高精度） 構(gòu)造簡單，成本較低 既適合測角也適合測速 無接觸測量，可靠性高，壽命長缺點 開機后先要尋零。 在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計誤差。 需要計數(shù)器、速度受到一定限制。181 增量碼盤（7）使用注意事項第一節(jié) 編碼器概述1 考慮尋零問題2 考慮可能出現(xiàn)因干擾引起的累計誤差3 考慮最大轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾4 考慮計數(shù)器溢出問題191 絕對值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié) 編碼器概

6、述 三大部分，旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。光學(xué)碼道，每個碼道上按一定規(guī)律分布著透明和不透明區(qū)。201 絕對值碼盤（2）工作原理第一節(jié) 編碼器概述 光源的光通過光學(xué)系統(tǒng)，穿過碼盤的透光區(qū)被窄縫后面的光敏元件接收，輸出為“1” ；若被不透明區(qū)遮擋，光敏元件輸出為“0”。各個碼道的輸出編碼組合就表示碼盤的轉(zhuǎn)角位置。211 絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié) 編碼器概述碼道布局：二進制編碼盤，每一個碼道代表二進制的一位，最外層的碼道為二進制的最低位.分辨率：用N 表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進制位數(shù)，則角度分辨率為221 絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié) 編碼器概述231 絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié) 編

7、碼器概述問題：兩個位置交換處可能產(chǎn)生很大的誤差如何解決這一問題？241 絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié) 編碼器概述 循環(huán)碼（格雷碼）的碼盤相鄰兩個代碼間只有一位數(shù)變化。二進制數(shù)有一個最小位數(shù)的增量時，只有一位改變狀態(tài)，誤差不超過最小的“1”個單位。 但是轉(zhuǎn)換成自然二進制碼需要一個附加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。251 絕對值碼盤（4）優(yōu)缺點第一節(jié) 編碼器概述優(yōu)點： 精度高,無接觸，壽命長 開機不需要尋零 沒有累計誤差 不需要計數(shù)器、允許轉(zhuǎn)速高缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價格貴261 絕對值碼盤（5）使用注意事項第一節(jié) 編碼器概述1 供電電源要可靠，注意長線傳輸時壓降2 考慮對于誤碼的處理3 考慮過零點的

8、處理271混合式碼盤第一節(jié) 編碼器概述 新型絕對值碼盤，內(nèi)部具有增量碼盤的結(jié)構(gòu)。基本結(jié)構(gòu)是絕對值碼盤，但碼道較少，精度較低，起“粗測”作用。而增量碼盤部分起到“精測”作用。 從碼盤輸出到信號處理裝置是模擬信號，抗干擾能力優(yōu)于純光電增量碼盤的脈沖信號。一通電就知道絕對位置，不必“尋零”。采用增量碼盤結(jié)構(gòu)，可對輸出信號進行倍頻處理提高精度。體積要比同精度的純絕對值碼盤小。281概述第二節(jié) 光柵292工作原理第二節(jié) 光柵 透射光柵和反射光柵兩大類。透射光柵是用光學(xué)玻璃作成的，透光與不透光線條。金屬反射光柵是在長條形金屬鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的密集線紋。303位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理第二節(jié) 光柵（1）位移大小的確定光柵任一點處的莫爾條紋亮度是位移的周期函數(shù)，周期為柵距a。用光敏元件檢測