第五章軸角編碼裝置2一、教學(xué)要求：本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對(duì)值碼盤的結(jié)構(gòu)工作原理;掌握增量碼盤和絕對(duì)值碼盤、光柵的工作原理;二、教學(xué)時(shí)間安排：2學(xué)時(shí)/sundae_meng3第一節(jié)編碼器第二節(jié)光柵本章重點(diǎn)：增量碼盤工作原理本章難點(diǎn)：碼盤的精度本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：/sundae_meng4第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器位移測(cè)量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵/sundae_meng5第一節(jié)編碼器概述功能：編碼器俗稱碼盤，用來測(cè)量轉(zhuǎn)角并把它轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字形式的輸出信號(hào)。分類：1.根據(jù)輸出信號(hào)的基本形式：增量式和絕對(duì)式2.根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理：接觸式、光電式、電磁式/sundae_meng6第一節(jié)編碼器概述1

增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)/sundae_meng7第一節(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(cè)窄縫節(jié)距和圓盤上的相同，窄縫的位置相隔k±1/4節(jié)距，兩個(gè)輸出信號(hào)在相位上相差90°。/sundae_meng81

增量碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述/sundae_meng91

增量碼盤（2）工作原理當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線透過圓盤窄縫和檢測(cè)窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器A

和B上。通過的光線強(qiáng)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(hào)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(hào)可分解為基波與諧波之和，諧波小時(shí)，用基波的正弦信號(hào)作為光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換器A

和B這兩路信號(hào)經(jīng)邏輯電路處理、計(jì)數(shù)后就能得到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，并可以辨別轉(zhuǎn)動(dòng)方向。第一節(jié)編碼器概述/sundae_meng101

增量碼盤（3）信號(hào)處理第一節(jié)編碼器概述微分裝置，信號(hào)由低向高跳變時(shí)輸出一個(gè)脈沖。正轉(zhuǎn)時(shí)輸出正轉(zhuǎn)脈沖,反轉(zhuǎn)時(shí)輸出反轉(zhuǎn)脈沖。每輸出1個(gè)脈沖，表示轉(zhuǎn)過了一個(gè)節(jié)距。為了判別轉(zhuǎn)動(dòng)方向，信號(hào)b是不可缺少的，這是用兩個(gè)檢測(cè)窄縫的原因。/sundae_meng11將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器就能正確計(jì)算出脈沖數(shù)N，再乘以一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度增量Δ，就得到相對(duì)初始位置的角度—角位移增量NΔ。如何獲得絕對(duì)位置信息?計(jì)算軸的轉(zhuǎn)角要有基準(zhǔn)。增量碼盤事先規(guī)定一個(gè)基準(zhǔn)零點(diǎn)，稱為零位。相對(duì)這個(gè)零位的轉(zhuǎn)角位置稱為絕對(duì)位置。如何找到基準(zhǔn)?增量碼盤有3個(gè)輸出端，分別稱為A、B和Z。Z相送出的脈沖就是零位脈沖。1

增量碼盤（3）信號(hào)處理第一節(jié)編碼器概述/sundae_meng121

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時(shí)，一個(gè)方向轉(zhuǎn)，一圈之內(nèi)就可找到零位脈沖轉(zhuǎn)角受限時(shí)，一個(gè)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？/sundae_meng131

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？/sundae_meng141

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述/sundae_meng151

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述一個(gè)脈沖對(duì)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？/sundae_meng161

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述

細(xì)分技術(shù)能在不增加碼盤刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高碼盤的分辨率。

細(xì)分前，碼盤的分辨率對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)距。采用4細(xì)分技術(shù)后，測(cè)量步距是原來的1/4，較大地提高了測(cè)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(shí)將會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差。/sundae_meng171

增量碼盤（6）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)

精度高（可用倍頻電路進(jìn)一步提高精度）

構(gòu)造簡單，成本較低

既適合測(cè)角也適合測(cè)速

無接觸測(cè)量，可靠性高，壽命長缺點(diǎn)?開機(jī)后先要尋零。?在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計(jì)誤差。?需要計(jì)數(shù)器、速度受到一定限制。/sundae_meng181

增量碼盤（7）使用注意事項(xiàng)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(jì)誤差3考慮最大轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾4考慮計(jì)數(shù)器溢出問題/sundae_meng191

絕對(duì)值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié)編碼器概述三大部分，旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。光學(xué)碼道，每個(gè)碼道上按一定規(guī)律分布著透明和不透明區(qū)。/sundae_meng201

絕對(duì)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(gè)碼道的輸出編碼組合就表示碼盤的轉(zhuǎn)角位置。/sundae_meng211

絕對(duì)值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述

碼道布局：二進(jìn)制編碼盤，每一個(gè)碼道代表二進(jìn)制的一位，最外層的碼道為二進(jìn)制的最低位.

分辨率：用N表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進(jìn)制位數(shù)，則角度分辨率為/sundae_meng221

絕對(duì)值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述/sundae_meng231

絕對(duì)值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述

問題：兩個(gè)位置交換處可能產(chǎn)生很大的誤差

如何解決這一問題？/sundae_meng241

絕對(duì)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(gè)代碼間只有一位數(shù)變化。二進(jìn)制數(shù)有一個(gè)最小位數(shù)的增量時(shí)，只有一位改變狀態(tài)，誤差不超過最小的“1”個(gè)單位。

但是轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼需要一個(gè)附加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。/sundae_meng251

絕對(duì)值碼盤（4）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)：精度高,無接觸，壽命長開機(jī)不需要尋零沒有累計(jì)誤差不需要計(jì)數(shù)器、允許轉(zhuǎn)速高缺點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格貴/sundae_meng261

絕對(duì)值碼盤（5）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1供電電源要可靠，注意長線傳輸時(shí)壓降2考慮對(duì)于誤碼的處理3考慮過零點(diǎn)的處理/sundae_meng271混合式碼盤第一節(jié)編碼器概述

新型絕對(duì)值碼盤，內(nèi)部具有增量碼盤的結(jié)構(gòu)?；窘Y(jié)構(gòu)是絕對(duì)值碼盤，但碼道較少，精度較低，起“粗測(cè)”作用。而增量碼盤部分起到“精測(cè)”作用。

從碼盤輸出到信號(hào)處理裝置是模擬信號(hào)，抗干擾能力優(yōu)于純光電增量碼盤的脈沖信號(hào)。一通電就知道絕對(duì)位置，不必“尋零”。采用增量碼盤結(jié)構(gòu)，可對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行倍頻處理提高精度。體積要比同精度的純絕對(duì)值碼盤小。/sundae_meng281概述第二節(jié)光柵/sundae_meng292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。/sundae_meng303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(diǎn)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(cè)莫爾條紋的移動(dòng)情況。光敏電元件輸出信號(hào)變