光電編碼器詳解光電編碼器光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。絕對脈沖編碼器：APC增量脈沖編碼器:SPC1.光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90°的脈沖信號。fl進僵光g元作放嚴形i光電綢碼簽原理示意圖1.1增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；AB兩組脈沖相位差90，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。增量式光電編碼器的特點是每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應于一個增量位移，但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號，其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它是相對于某個基準點的相對位置增量，不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。一般來說，增量式光電編碼器輸出AB兩相互差90度角的脈沖信號（即所謂的兩組正交輸出信號），從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時還有用作參考零位的Z相標志（指示）脈沖信號，碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個標志信號。標志脈沖通常用來指示機械位置或?qū)Ψe累量清零。增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成。碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期；檢測光柵上刻有A、B兩組與碼盤相對應的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯開1/4節(jié)距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差電度角。當碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差電度角的近似于正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，可以得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器的優(yōu)點是：原理構造簡單、易于實現(xiàn)；機械平均壽命長，可達到幾萬小時以上；分辨率高；抗干擾能力較強，信號傳輸距離較長，可靠性較高。其缺點是它無法直接讀出轉(zhuǎn)動軸的絕對位置信息。1.1.2基本技術規(guī)格在增量式光電編碼器的使用過程中，對于其技術規(guī)格通常會提出不同的要求，其中最關鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號的穩(wěn)定性、響應頻率、信號輸出形式。（1）分辨率光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動一周所產(chǎn)生的輸出信號基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。在工業(yè)電氣傳動中，根據(jù)不同的應用對象，可選擇分辨率通常在500-6000PPR的增量式光電編碼器，最高可以達到幾萬PPR。交流伺服電機控制系統(tǒng)中通常選用分辨率為2500PPR的編碼器。此外對光電轉(zhuǎn)換信號進行邏輯處理，可以得到2倍頻或4倍頻的脈沖信號，從而進一步提高分辨率。精度增量式光電編碼器的精度與分辨率完全無關，這是兩個不同的概念。精度是一種度量在所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質(zhì)量、碼盤的機械旋轉(zhuǎn)情況的制造精度因素有關，也與安裝技術有關。輸出信號的穩(wěn)定性編碼器輸出信號的穩(wěn)定性是指在實際運行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號穩(wěn)定性的主要因素是溫度對電子器件造成的漂移、夕卜界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸出特性，在設計和使用中都要給予充分考慮。(4)響應頻率編碼器輸出的響應頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應速度。當編碼器高速旋轉(zhuǎn)時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果光電檢測器件和電子線路元器件的工作速度與之不能相適應，就有可能使輸出波形嚴重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號就不能準確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一定的情況下，它的最高轉(zhuǎn)速也是一定的，即它的響應頻率是受限制的。(5)信號輸出形式在大多數(shù)情況下，直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規(guī)則，還不能適應于控制、信號處理和遠距離傳輸?shù)囊?。所以，在編碼器內(nèi)還必須將此信號放大、整形。經(jīng)過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號容易進行數(shù)字處理，所以這種輸出信號在定位控制中得到廣泛的應用。采用正弦波輸出信號時基本消除了定位停止時的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內(nèi)插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。增量式光電編碼器的信號輸出形式有：集電極開路輸出(OpenCollector)、電壓輸出(VoltageOutput)、線驅(qū)動輸出(LineDriver)、互補型輸出(ComplementalOutput)和推挽式輸出(TotemPole)。集電極開路輸出這種輸出方式通過使用編碼器輸出