光電式傳感器光電編碼器(課堂)課件

光

電

編碼器

——光電式傳感器12光電編碼器

上節(jié)課內(nèi)容：光電式傳感器：發(fā)光原件：光電原件：發(fā)光二極管等光電二極管，光電三極管，光敏電阻等光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。22022/12/29上節(jié)課內(nèi)容：光電式傳感器：發(fā)光原件：發(fā)光二極管等光電二極管，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(jī)械幾何位移量或轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。信號性質(zhì)增量式編碼器絕對式編碼器電信號二進(jìn)制編碼脈沖32022/12/29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(jī)械幾何拉線式編碼器主軸編碼器主軸編碼器多圈編碼器軸式編碼器套式編碼器42022/12/29拉線式編碼器主軸編碼器主軸編碼器多圈編碼器軸式編碼器套式編碼52022/12/2952022/12/27增量式編碼器絕對式編碼器各類光電式編碼器異同點(diǎn)62022/12/29增量式編碼器絕對式編碼器各類光電式編碼器異同點(diǎn)62022/1l－均勻分布透光槽的編碼盤2－LED光源3－光欄板上狹縫4－sin信號接收器5－cos信號接收器6－零位讀出光電元件7－轉(zhuǎn)軸8－零位標(biāo)記槽每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應(yīng)于一個增量位移，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號。

它是相對于某個基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置增量，不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。

光欄板上的兩個狹縫距離是碼盤上的兩個狹縫距離的（m+1/4）倍，m為正整數(shù)，并設(shè)置了兩組光敏元件A、B，又稱為sin、cos元件。增量式光電編碼器72022/12/29l－均勻分布透光槽的編碼盤每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號增量式光電編碼器82022/12/29增量式光電編碼器82022/12/27＝360°／條紋數(shù)＝360°／1024＝0.352°

輸出信號為一串脈沖，每一個脈沖對應(yīng)一個分辨角，對脈沖進(jìn)行計數(shù)N，就是對的累加，即，角位移＝N

如：＝0.352，脈沖N＝1000，

則：

＝0.352×1000＝352增量式光電編碼器分辨角92022/12/29＝360°／條紋數(shù)＝360°／1024＝0.352°90ABAB

光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90相位，用于辨向。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時，A信號超前B信號90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時，B信號超前A信號90。增量式光電編碼器辨向102022/12/2990ABAB光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90相

一轉(zhuǎn)（360）CC

在碼盤里圈，還有一條狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)信號”或零標(biāo)志脈沖，作為測量的起始基準(zhǔn)。增量式光電編碼器零標(biāo)志（一轉(zhuǎn)脈沖）112022/12/29一轉(zhuǎn)（360）CC在碼盤里圈，還有一條狹縫C，每轉(zhuǎn)能絕對式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，直接用數(shù)字代碼表示。絕對式光電編碼器絕對式光電編碼器的編碼盤由透明及不透明區(qū)組成，編碼盤上碼道的條數(shù)就是數(shù)碼的位數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)不是要計數(shù)器，而是在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。122022/12/29絕對式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，直接用數(shù)字代碼表示。絕對式1－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對式光電編碼器132022/12/291－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對式導(dǎo)電為“1”，非導(dǎo)電為“0”DB二進(jìn)制R格雷碼DB二進(jìn)制R格雷碼012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000絕對式光電編碼器142022/12/29導(dǎo)電為“1”，非導(dǎo)電為“0”DBRDBR00000000088位=25610位=102421位=2097152顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有?N?位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N?條碼道。絕對式光電編碼器分辨率單圈多圈152022/12/29顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有?N?位二進(jìn)制分辨絕對式光電編碼器162022/12/29絕對式光電編碼器162022/12/27在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用位置反饋xx＝t/360×

通過測量滾珠絲杠的角位移，間接獲得工作臺的直線位移x，構(gòu)成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。t為絲杠轉(zhuǎn)動一整圈，工作臺的位移絕對式光電編碼器172022/12/29在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用位置反饋xx＝t/360×通類型數(shù)字式模擬式增量式絕對式增量式絕對式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖編碼器、圓光柵絕對式光電脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器、圓形感應(yīng)同步器、圓形磁尺多級旋轉(zhuǎn)變壓器、三速圓形感應(yīng)同步器直線型計量光柵、激光干涉光柵多通道投射光柵直線型感應(yīng)同步光柵三速直線型感應(yīng)同步器、絕對值式磁尺數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置的分類絕對式光電編碼器182022/12/29類型數(shù)字式模擬式增量式絕對式增量式絕對式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖在伺服電機(jī)中的應(yīng)用應(yīng)用方面：轉(zhuǎn)子磁極位置測量角位移測量轉(zhuǎn)速測量伺服電機(jī)編碼器絕對式光電編碼器192022/12/29在伺服電機(jī)中的應(yīng)用應(yīng)用方面：伺服電機(jī)編碼器絕對式光電編碼器1轉(zhuǎn)速測量光電編碼器轉(zhuǎn)速測量動畫演示絕對式光電編碼器202022/12/29轉(zhuǎn)速測量光電編碼器轉(zhuǎn)速測量動畫演示絕對式光電編碼器20202M法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合）

m1T

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在5s時間內(nèi)測得65536個脈沖，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60×65536/（1024×5）=768r/min

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，在T

時間段內(nèi)有m1

個脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為:n=60m1/（NT）轉(zhuǎn)速測量絕對式光電編碼器212022/12/29M法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合）m1T有一增量式光電編碼器T法測速（適合于低轉(zhuǎn)速場合）

編碼器輸出脈沖時鐘脈沖fc

m2

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N

個脈沖，用已知頻率fc作為時鐘，填充到編碼器輸出的兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為m2，則轉(zhuǎn)速(r/min)為：

n=60fc/（Nm2）

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，測得兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為3000，時鐘頻率fc為1MHz

，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60fc/（Nm2）=60×106/（1024×3000）=19.53r/min轉(zhuǎn)速測量絕對式光電編碼器222022/12/29T法測速（適合于低轉(zhuǎn)速場合）編碼器輸出脈沖時鐘脈沖fc轉(zhuǎn)速應(yīng)用舉例232022/12/29轉(zhuǎn)速應(yīng)用舉例232022/12/27小結(jié)增量式光電編碼器優(yōu)點(diǎn)：原理構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長，可達(dá)到幾萬小時以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號傳輸距離較長，可靠性較高。缺點(diǎn)：它無法直接讀出轉(zhuǎn)動軸的絕對位置信息。主要用于測速絕對式光電編碼器優(yōu)點(diǎn)：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會丟失；編碼器的精度取決于位數(shù)；最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度比增量式光電編碼器高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命短等。主要用于角度控制、定位、測長。242022/12/29小結(jié)增量式優(yōu)點(diǎn)：原理構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長，可達(dá)課后內(nèi)容預(yù)習(xí)光柵位移傳感器內(nèi)容光柵位移傳感器252022/12/29課后內(nèi)容預(yù)習(xí)光柵位移傳感器內(nèi)容光柵位移傳感器25202

光

電

編碼器

——光電式傳感器262光電編碼器

上節(jié)課內(nèi)容：光電式傳感器：發(fā)光原件：光電原件：發(fā)光二極管等光電二極管，光電三極管，光敏電阻等光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。272022/12/29上節(jié)課內(nèi)容：光電式傳感器：發(fā)光原件：發(fā)光二極管等光電二極管，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(jī)械幾何位移量或轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。信號性質(zhì)增量式編碼器絕對式編碼器電信號二進(jìn)制編碼脈沖282022/12/29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(jī)械幾何拉線式編碼器主軸編碼器主軸編碼器多圈編碼器軸式編碼器套式編碼器292022/12/29拉線式編碼器主軸編碼器主軸編碼器多圈編碼器軸式編碼器套式編碼302022/12/2952022/12/27增量式編碼器絕對式編碼器各類光電式編碼器異同點(diǎn)312022/12/29增量式編碼器絕對式編碼器各類光電式編碼器異同點(diǎn)62022/1l－均勻分布透光槽的編碼盤2－LED光源3－光欄板上狹縫4－sin信號接收器5－cos信號接收器6－零位讀出光電元件7－轉(zhuǎn)軸8－零位標(biāo)記槽每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應(yīng)于一個增量位移，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號。

它是相對于某個基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置增量，不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。

光欄板上的兩個狹縫距離是碼盤上的兩個狹縫距離的（m+1/4）倍，m為正整數(shù)，并設(shè)置了兩組光敏元件A、B，又稱為sin、cos元件。增量式光電編碼器322022/12/29l－均勻分布透光槽的編碼盤每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號增量式光電編碼器332022/12/29增量式光電編碼器82022/12/27＝360°／條紋數(shù)＝360°／1024＝0.352°

輸出信號為一串脈沖，每一個脈沖對應(yīng)一個分辨角，對脈沖進(jìn)行計數(shù)N，就是對的累加，即，角位移＝N

如：＝0.352，脈沖N＝1000，

則：

＝0.352×1000＝352增量式光電編碼器分辨角342022/12/29＝360°／條紋數(shù)＝360°／1024＝0.352°90ABAB

光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90相位，用于辨向。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時，A信號超前B信號90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時，B信號超前A信號90。增量式光電編碼器辨向352022/12/2990ABAB光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90相

一轉(zhuǎn)（360）CC

在碼盤里圈，還有一條狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)信號”或零標(biāo)志脈沖，作為測量的起始基準(zhǔn)。增量式光電編碼器零標(biāo)志（一轉(zhuǎn)脈沖）362022/12/29一轉(zhuǎn)（360）CC在碼盤里圈，還有一條狹縫C，每轉(zhuǎn)能絕對式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，直接用數(shù)字代碼表示。絕對式光電編碼器絕對式光電編碼器的編碼盤由透明及不透明區(qū)組成，編碼盤上碼道的條數(shù)就是數(shù)碼的位數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)不是要計數(shù)器，而是在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。372022/12/29絕對式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，直接用數(shù)字代碼表示。絕對式1－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對式光電編碼器382022/12/291－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對式導(dǎo)電為“1”，非導(dǎo)電為“0”DB二進(jìn)制R格雷碼DB二進(jìn)制R格雷碼012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000絕對式光電編碼器392022/12/29導(dǎo)電為“1”，非導(dǎo)電為“0”DBRDBR00000000088位=25610位=102421位=2097152顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有?N?位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N?條碼道。絕對式光電編碼器分辨率單圈多圈402022/12/29顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有?N?位二進(jìn)制分辨絕對式光電編碼器412022/12/29絕對式光電編碼器162022/12/27在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用位置反饋xx＝t/360×

通過測量滾珠絲杠的角位移，間接獲得工作臺的直線位移x，構(gòu)成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。t為絲杠轉(zhuǎn)動一整圈，工作臺的位移絕對式光電編碼器422022/12/29在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用位置反饋xx＝t/360×通類型數(shù)字式模擬式增量式絕對式增量式絕對式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖編碼器、圓光柵絕對式光電脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器、圓形感應(yīng)同步器、圓形磁尺多級旋轉(zhuǎn)變壓器、三速圓形感應(yīng)同步器直線型計量光柵、激光干涉光柵多通道投射光柵直線型感應(yīng)同步光柵三速直線型感應(yīng)同步器、絕對值式磁尺數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置的分類絕對式光電編碼器432022/12/29類型數(shù)字式模擬式增量式絕對式增量式絕對式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖在伺服電機(jī)中的應(yīng)用應(yīng)用方面：轉(zhuǎn)子磁極位置測量角位移測量轉(zhuǎn)速測量伺服電機(jī)編碼器絕對式光電編碼器442022/12/29在伺服電機(jī)中的應(yīng)用應(yīng)用方面：伺服電機(jī)編碼器絕對式光電編碼器1轉(zhuǎn)速測量光電編碼器轉(zhuǎn)速測量動畫演示絕對式光電編碼器452022/12/29轉(zhuǎn)速測量光電編碼器轉(zhuǎn)速測量動畫演示絕對式光電編碼器20202M法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合）

m1T

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在5s時間內(nèi)測得65536個脈沖，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60×65536/（1024×5）=768r/min

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，在T

時間段內(nèi)有m1

個脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為:n=60m1/（NT）轉(zhuǎn)速測量絕對式光電編碼器462022/12/29M法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合