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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(dòng)角度轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。信號(hào)性質(zhì)增量式編碼器絕對(duì)式編碼器電信號(hào)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(duì)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(duì)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(hào)接收器5－cos信號(hào)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(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)。

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

光欄板上的兩個(gè)狹縫距離是碼盤上的兩個(gè)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(gè)輸出脈沖信號(hào)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(hào)為一串脈沖，每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)分辨角，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)N，就是對(duì)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(hào)A、B彼此相差90相位，用于辨向。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前A信號(hào)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(hào)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(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)”或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)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(duì)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(duì)式光電編碼器絕對(duì)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(jì)數(shù)器，而是在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。122022/12/29絕對(duì)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(duì)式1－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于一個(gè)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(duì)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(duì)于一個(gè)具有?N?位二進(jìn)制分辨絕對(duì)式光電編碼器162022/12/29絕對(duì)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(cè)量滾珠絲杠的角位移，間接獲得工作臺(tái)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(dòng)一整圈，工作臺(tái)的位移絕對(duì)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(duì)式增量式絕對(duì)式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖編碼器、圓光柵絕對(duì)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(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器、三速圓形感應(yīng)同步器直線型計(jì)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(duì)值式磁尺數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的分類絕對(duì)式光電編碼器182022/12/29類型數(shù)字式模擬式增量式絕對(duì)式增量式絕對(duì)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(cè)量角位移測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量伺服電機(jī)編碼器絕對(duì)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(duì)式光電編碼器1轉(zhuǎn)速測(cè)量光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量動(dòng)畫演示絕對(duì)式光電編碼器202022/12/29轉(zhuǎn)速測(cè)量光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量動(dòng)畫演示絕對(duì)式光電編碼器20202M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合）

m1T

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得65536個(gè)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(gè)脈沖，在T

時(shí)間段內(nèi)有m1

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

編碼器輸出脈沖時(shí)鐘脈沖fc

m2

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N

個(gè)脈沖，用已知頻率fc作為時(shí)鐘，填充到編碼器輸出的兩個(gè)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(cè)得兩個(gè)相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為3000，時(shí)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(cè)量絕對(duì)式光電編碼器222022/12/29T法測(cè)速（適合于低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合）編碼器輸出脈沖時(shí)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(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)，可靠性較高。缺點(diǎn)：它無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。主要用于測(cè)速絕對(duì)式光電編碼器優(yōu)點(diǎn)：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會(huì)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(jià)格高，光源壽命短等。主要用于角度控制、定位、測(cè)長(zhǎng)。242022/12/29小結(jié)增量式優(yōu)點(diǎn)：原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(dòng)角度轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。信號(hào)性質(zhì)增量式編碼器絕對(duì)式編碼器電信號(hào)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(duì)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(duì)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(hào)接收器5－cos信號(hào)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(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)。

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

光欄板上的兩個(gè)狹縫距離是碼盤上的兩個(gè)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(gè)輸出脈沖信號(hào)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(hào)為一串脈沖，每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)分辨角，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)N，就是對(duì)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(hào)A、B彼此相差90相位，用于辨向。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前A信號(hào)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(hào)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(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)”或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)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(duì)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(duì)式光電編碼器絕對(duì)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(jì)數(shù)器，而是在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。372022/12/29絕對(duì)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(duì)式1－光源；2－透鏡；3－編碼盤；4－狹縫；5－光電元件絕對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于一個(gè)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(duì)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(duì)于一個(gè)具有?N?位二進(jìn)制分辨絕對(duì)式光電編碼器412022/12/29絕對(duì)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(cè)量滾珠絲杠的角位移，間接獲得工作臺(tái)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(dòng)一整圈，工作臺(tái)的位移絕對(duì)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(duì)式增量式絕對(duì)式回轉(zhuǎn)型增量式光電脈沖編碼器、圓光柵絕對(duì)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(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器、三速圓形感應(yīng)同步器直線型計(jì)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(duì)值式磁尺數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的分類絕對(duì)式光電編碼器432022/12/29類型數(shù)字式模擬式增量式絕對(duì)式增量式絕對(duì)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(cè)量角位移測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量伺服電機(jī)編碼器絕對(duì)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(duì)式光電編碼器1轉(zhuǎn)速測(cè)量光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量動(dòng)畫演示絕對(duì)式光電編碼器452022/12/29轉(zhuǎn)速測(cè)量光電編碼器轉(zhuǎn)速測(cè)量動(dòng)畫演示絕對(duì)式光電編碼器20202M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合）

m1T

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得65536個(gè)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(gè)脈沖，在T

時(shí)間段內(nèi)有m1

個(gè)脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為:n=60m1/（NT）轉(zhuǎn)速測(cè)量絕對(duì)式光電編碼器462022/12/29M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合