大學課件軸角編碼裝置

1、2http:/ 編碼器編碼器p第二節(jié)第二節(jié) 光柵光柵本章重點：本章重點：增量碼盤工作原理增量碼盤工作原理本章難點：本章難點：http:/ 大圓盤上刻有均勻分布的輻大圓盤上刻有均勻分布的輻射狀窄縫，分布的周期稱為射狀窄縫，分布的周期稱為節(jié)距節(jié)距。兩組檢測窄縫節(jié)距和圓盤上的相兩組檢測窄縫節(jié)距和圓盤上的相同，窄縫的位置相隔同，窄縫的位置相隔k k1/41/4節(jié)距節(jié)距，兩個輸出信號在相位上兩個輸出信號在相位上相差相差9090。http:/ 當圓盤轉(zhuǎn)動時，光線透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換當圓盤轉(zhuǎn)動時，光線透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器器a a 和和b b 上。通過的光線強度隨轉(zhuǎn)角作周期性的變

2、化，所以光電上。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)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)距距 l l。周期信號可分解為基波與諧波之和，諧波小時，用基波的。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)換器正弦信號作為光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號。光電轉(zhuǎn)換器a a 和和b b 這兩路這兩路信號經(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，并可以辨別轉(zhuǎn)動方向。轉(zhuǎn)動方向。http:/ ,反轉(zhuǎn)時輸出反轉(zhuǎn)脈反轉(zhuǎn)時輸出反轉(zhuǎn)脈沖。每輸出沖

3、。每輸出1 1個脈沖個脈沖，表示轉(zhuǎn)，表示轉(zhuǎn)過了過了一個節(jié)距一個節(jié)距。為了判別轉(zhuǎn)動方向，信號為了判別轉(zhuǎn)動方向，信號b b是不是不可缺少的，這是用兩個檢測窄縫可缺少的，這是用兩個檢測窄縫的原因。的原因。http:/ 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。增量碼盤事先規(guī)定一個基準零點，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? 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脈沖。（3）信號處理）信號處理http:/ 細分技術(shù)

4、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。p 細分前，碼盤的分辨率對應一個節(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。p 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。http:/ 精度高（可用倍頻電路進一步提高精度）l 構(gòu)造簡單，成本較低l 既適合測角也適合測速l 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。http:/ 1 考慮尋零問題考慮尋零問題2 2 考慮可能出現(xiàn)因干擾引起的累計誤差考慮可能出現(xiàn)因干擾引起的累計誤差3 3 考慮最大轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾考慮最大

5、轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾4 4 考慮計數(shù)器溢出問題考慮計數(shù)器溢出問題http:/ 三大部分，旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。光學碼道，每個碼道上按一定規(guī)律分布著透明和不透明區(qū)。http:/ 光源的光通過光學系統(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。http:/ 表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進制位數(shù)，則角度分辨率為n2/360http:/ 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

6、加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。http:/ 精度高,無接觸，壽命長u 開機不需要尋零u 沒有累計誤差u 不需要計數(shù)器、允許轉(zhuǎn)速高缺點： 結(jié)構(gòu)復雜，體積大，價格貴http:/ 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 考慮過零點的處理http:/ 新型絕對值碼盤，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。http:/

7、透射光柵和反射光柵兩大類。透射光柵是用光學玻璃作成的，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。http:/ -數(shù)字轉(zhuǎn)換原理數(shù)字轉(zhuǎn)換原理（1 1）位移大小的確定）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)，光柵任一點處的莫爾條紋亮度是位移的周期函數(shù)，周期為柵距周期為柵距a。用光敏元件檢測莫爾條紋的移動。用光敏元件檢測莫爾條紋的移動情況。光敏電元件輸出信號變化的周期個數(shù)為情況。光敏電元件輸出信號變化的周期個數(shù)為n ，則位移則位移x 為為可以采用倍頻電路提高光柵的分辨率和精度。可以采用倍頻電路提高光柵的分辨率和精度。http:/ -數(shù)字轉(zhuǎn)換原理