光電編碼器傳感器：光電編碼器
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光電編碼器
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光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是應用最多的傳感器，光電編碼器是由光源、光碼盤和光敏元件組成。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，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發(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，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速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。
中文名
光電編碼器
外文名
Photoelectric encoder
目錄
1
簡介
2
原理
3
增量式編碼器
4
絕對式編碼器
5
混合式絕對值編碼器
光電編碼器簡介
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語音
根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據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。(REP)
光電編碼器原理
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語音
光電編碼器是利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過光電轉換，將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖數(shù)字量的傳感器。常見的光電編碼器由光柵盤，發(fā)光元件和光敏元件組成。光柵實際上是一個刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經整形后，變?yōu)槊}沖信號，每轉一圈，輸出一個脈沖。根據脈沖的變化，可以精確測量和控制設備位移量。
光電編碼器增量式編碼器
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增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉方向，而Z相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息。
光電編碼器絕對式編碼器
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語音
絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉軸的任意位置都可 讀出一個固定的與位置相對應的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點是：1.2.1可以直接讀出角度坐標的絕對值；1.2.2沒有累積誤差；
1.2.3電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，有10位、14位等多種。
光電編碼器混合式絕對值編碼器
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語音
混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉換原理 轉換成相應的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。B
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2020-12-250
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2020-11-250
小樓聆聽春雨
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詳解光電編碼器進出口報關
光電編碼器是利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過光電轉換，將輸出軸上的機械轉速轉換成脈沖數(shù)字量的傳感器。一般由碼盤，發(fā)光元件和光敏元件組成。今天我們來了解下關于光電編碼器的一些進出口事項。光電編碼器歸類分析碼盤是一個刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤，發(fā)光元件和光敏元件安裝...
2020-04-020
光電編碼器傳感器：光電編碼器傳感器原理是什么？
光電編碼器傳感器原理是什么？
1.前言
工程用導軌檢查車是檢查導軌問題、指導修理導軌、保障行走安全的大型動態(tài)檢查設備，其行走速度、行走距離和方向的測定使用光電式編碼器和計算機進行。工程用導軌檢查車的光電式編碼器為三相雙路輸出多旋轉式增量編碼器。從光電式編碼器的原理介紹應用和發(fā)展。
2.原理。
通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換為脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前最常用的傳感器，光電式編碼器由光柵和光檢測裝置構成。光幕在一定直徑的圓板上等分開多個長方形的孔。由于光線光盤與電動機同軸，因此當電動機旋轉時，光柵光盤與電動機同速旋轉，通過由發(fā)光二極管等電子部件構成檢測裝置檢測輸出多個脈沖信號。通過計算每秒光電式編碼器輸出脈沖的數(shù)量，可以反映當前電機的轉速。另外，碼輪為了判定旋轉方向，也能夠提供相位相差90度2個脈沖信號。
根據檢測原理，編碼器可以分為光學式、磁性式、感應式、靜電容量式。根據其刻度方法和信號輸出形式，可分為增量、絕對值、混合動力3種。
2.1增量型編碼器
增量編碼器輸出直接利用光電轉換原理的3組方波脈沖a、b、z相。a、b兩組脈沖相位差90為了能夠容易地判斷旋轉方向，z相每旋轉一圈用于基準點的定位。將位移轉換為周期性電信號，將該電信號轉換為計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。原理構造簡單，機械的平均壽命超過數(shù)萬小時，具有耐干擾性高，可靠性高，適合長距離傳輸?shù)膬?yōu)點。其缺點是，能夠輸出軸的旋轉的絕對位置信息。
2.2絕對值編碼器
絕對編碼器在圓形代碼盤上具有在半徑方向上為多個同心圓狀的代碼道，各軌道由透光性和不透光性的扇區(qū)域構成，相鄰的代碼道的扇區(qū)數(shù)呈2倍的關系，代碼盤上的代碼道數(shù)為其2進制的位數(shù)。各受光元件在碼盤處于不同位置時，根據有無受光變換為對應的電平信號，進行二進制化。該編碼器特征在于，不使用計數(shù)器就能夠讀出與固定在旋轉軸的任意位置上的位置對應的數(shù)字代碼。當然，代碼通道越多分辨率越高，對于具有n位二值分辨率的編碼器，代碼盤需要n代碼通道。現(xiàn)在國內已有16位絕對編碼器產品。
絕對式的編碼器通過自然二值或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉換。絕對值方式編碼器與盤上的光透過、光不透過的線圖案增量方式的編碼器不同，絕對值編碼器能夠具有多個代碼，根據讀碼盤上的代碼檢測絕對位置。由于各位置支持特定的數(shù)值代碼，因此僅與測量的開始位置和結束位置相關，不依賴于測量的中間過程。編碼的設計可以使用二進制代碼、循環(huán)碼、二進制補充代碼等。其特征是，1可以直接讀出角度坐標的絕對值。2無累積誤差3電源切斷后的位置信息不會丟失。但是，分辨率由二進制數(shù)的位數(shù)決定。也就是說，精度取決于位數(shù)，但現(xiàn)在有10位、14位等很多種類。
2.3混合絕對值編碼器
輸出2組信息的混合式絕對值編碼器一組檢測磁極，另一組與增量式編碼器相同。
3.1從增量編碼器到絕對值編碼器
旋轉增量式編碼器在旋轉時輸出脈沖，通過計數(shù)裝置知道其位置，在編碼器不動作時或停電時，通過計數(shù)裝置的內部記憶記憶位置。這樣，在停電后編碼器什么也能夠動作，在來電時編碼器正在輸出脈沖期間，有干擾的脈沖也不會丟失，否則，計數(shù)裝置記憶的零點偏離，而且不知道其偏離量，只有在出錯的生產結果后才知道。
解決辦法是增加基準點，在每次編碼器通過基準點時將基準位置修正為計數(shù)裝置的記憶位置。到基準點為止不能保證位置的正確性。因此，在作業(yè)控制中，有每次查找基準點，接通電源尋找零等方法。
這樣的方法，在一部分工程項目中很麻煩，即使不接通電源(接通電源的話知道正確的位置)，也可能會發(fā)生絕對的編碼器。
絕對型旋轉編碼器各自的位置絕對是獨特的，噪音強，無需停電記憶，因此廣泛應用于各種產業(yè)系統(tǒng)的角度、長度測定、定位控制。
絕對數(shù)據編碼器的光編碼盤有多條分數(shù)線，各分數(shù)線按2條線、4條線、8條線、16條線的順序排列。這樣，在編碼器各位置，通過讀取各刻線的接通/斷開，得到從2的0次方到2的n-1次方的獨特的二進制代碼(格雷碼)的組，將其稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器由編碼盤的機械位置決定，不受停電和噪音的影響。
絕對編碼器是根據機器的位置決定的每個位置的唯一性，不需要尋找記憶或基準點，也不需要經常計數(shù)，需要知道位置時，需要讀取該位置時。由此，大幅度提高了編碼器的耐噪聲特性、數(shù)據的可靠性。
絕對數(shù)據編碼器在定位方面比增量編碼器優(yōu)越得多，因此用于定位的情況正在增加。絕對值型編碼器的輸出位數(shù)高精度多，因此并行輸出時必須切實連接每位的輸出信號，復雜的情況下需要隔離，連接電纜芯數(shù)多，導致很多不便和可靠性降低，絕對值。
3.2從單螺旋式編碼器到多螺旋式編碼器
旋轉單旋轉絕對值編碼器，在旋轉過程中測量光線光盤各軌道的得分線，取得固有的代碼，旋轉360度以上時代碼返回原點，不符合絕對代碼的固有原則，因此只能用于旋轉范圍360度以內的測量。
為了測量超過360度的旋轉范圍，編碼器制造商利用時鐘齒輪機械的原理，在中心軟線盤旋轉時通過齒輪傳遞其他軟線盤(或多組齒輪、多組軟線盤)，在單旋轉軟線上加上轉速的軟線，擴大編碼器的測量范圍。這樣的絕對式編碼器被稱為多旋轉絕對式編碼器，根據機械的位置進行編碼，因此不會對每個位置代碼唯一重復。
多旋轉編碼器的另一個優(yōu)點是，由于測量范圍廣，實用上有富余，因此安裝時不需要尋找零點的工夫，只要將某個中間位置作為起點即可，因此安裝調試大幅度簡化。
4.展望
綜合觀察國內外光電式編碼器的現(xiàn)狀，其發(fā)展趨勢是高精度、高分辨率、高頻響應、小型化和智能化。
4.1進一步提高性能
制造高精度、高分辨率、高頻響應的光電式編碼器，是提高其性能的3個主要方向。需求主要出現(xiàn)在高科技航空宇宙領域和高速運行裝置的位移和速度測量中。
4.2其體積正在向小型化發(fā)展。
采用新的編碼方式，編碼輪的小型化，進而編碼器的小型化成為今后編碼器發(fā)展的趨勢。
4.3最適合苛刻的工作環(huán)境
在特定的特殊用途中，光電式編碼器要求具有良好的耐沖擊、耐高溫、耐腐蝕及防振能力，不僅在理想的動作環(huán)境下動作，而且在惡劣的條件下也能正常動作。
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光電編碼器傳感器：光電編碼器分類及作用傳感器
1
光電編碼器分類及作用
?-?
傳感器
光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸的機械幾何位移量轉換為
脈沖或數(shù)字量的傳感器，主要由光源、碼盤、光學系統(tǒng)及電路
4
部分
組成，
?
?
?
光電編碼器主要有增量式編碼器、
確定式編碼器、
混合式確定值
編碼器、
旋轉變壓器、
正余弦伺服電機編碼器等，
其中增量式編碼器、
確定式編碼器、
混合式確定值編碼器屬于數(shù)字量編碼器，
旋轉變壓器、
正余弦伺服電機編碼器屬于模擬量編碼器．
?
一、增量式編碼器
?
?
?
增量式編碼器可以將位移轉換成周期性的電信號，
再把這個電信
號轉變成計數(shù)脈沖，
通過計數(shù)設備來知道其位置．
增量式光電編碼器
的特點是每產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)分出在哪個位置上的增量。
它能夠產生與位移增量等
值的脈沖信號，
其作用是供應一種對連續(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確定位置信息。一般來說，增量式光電編
碼器輸出
A
、
B?
兩相互差
90
°電度角的脈沖信號
（即所謂的兩組正交
輸出信號）
，從而可便利地推斷出旋轉方向。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對積累量清零。
?
二、確定式編碼器
?
?
?
確定式編碼器每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，
因此它的示值
光電編碼器傳感器：光電編碼器的應用傳感器
1
光電編碼器的應用
?-?
傳感器
1.
位置測量
?
?
把輸出的脈沖
f
和
g
分別輸入到可逆計數(shù)器的正、反計數(shù)端進行計
數(shù)，可檢測到輸出脈沖的數(shù)量，把這個數(shù)量乘以脈沖當量
(
轉角／脈
沖
)
就可測出編碼盤轉過的角度。為了能夠得到確定轉角，在起始位
置，對可逆計數(shù)器清零。
?
在進行直線距離測量時，通常把它裝到伺服電機軸上，伺服電機又
與滾珠絲杠相連，
當伺服電機轉動時，
由滾珠絲杠帶動工作臺或刀具
移動，
這時編碼器的轉角對應直線移動部件的移動量，
因此可依據伺
服電機和絲杠的傳動以及絲杠的導程來計算移動部件的位置。
光電編碼器的典型應用產品是軸環(huán)式數(shù)顯表，
它是一個將光電編碼器
與數(shù)字電路裝在一起的數(shù)字式轉角測量儀表，
其外形如圖
1
所示。
它
適用于車床、銑床等中小型機床的進給量和位移量的顯示。
?
圖
1?
軸環(huán)式數(shù)顯表外形圖
1-
數(shù)顯面板
?2-
軸環(huán)
?3-
穿軸孔
?4-
電源線
?5-
復位機構
?
2.
轉速測量
?
轉速可由編碼器發(fā)出的脈沖頻率（或脈沖周期）來測量。利用脈沖
頻率測量是在給定的時間內對編碼器發(fā)出的脈沖計數(shù)，
然后由下式求
出其轉速
(
單位為
r
／
min)
?
式中
t
——測速采樣時間；
?N1
——
t
時間內測得脈沖個數(shù)；
