增量式編碼器的工作原理
增量式編碼器的工作原理如圖1所示。它由主碼盤、鑒向盤、光學(xué)系統(tǒng)和光電變換器組成。在圖形的主碼盤（光電盤）周邊上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。鑒向盤與主碼盤平行，并刻有a、b兩組透明檢測窄縫，它們彼此錯開1/4節(jié)距，以使A、B兩個光電變換器的輸出信號在相位上相差90°。工作時，鑒向盤靜止不動，主碼盤與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。當(dāng)主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最??；當(dāng)主碼盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線全部通過，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤每轉(zhuǎn)過一個刻線周期，光電變換器將輸出一個近似的正弦波電壓，且光電變換器A、B的輸出電壓相位差為90°。
圖1 增量式編碼器工作原理 圖2 光電編碼器的輸出波形光電編碼器的光源最常用的是自身有聚光效果的發(fā)光二極管。當(dāng)光電碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時，光線透過光電碼盤和光欄板狹縫，形成忽明忽暗的光信號。光敏元件把此光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，通過信號處理電路后，向數(shù)控系統(tǒng)輸出脈沖信號，也可由數(shù)碼管直接顯示位移量。光電編碼器的測量準(zhǔn)確度與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關(guān)，能分辨的角度α為：α=360°/n（1）分辨率=1/n（2）例如：碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1 024個，則能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)的方向，必須在光欄板上設(shè)置兩個狹縫，其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)置了兩組對應(yīng)的光敏元件，如圖1中的A、B光敏元件，有時也稱為cos、sin元件。當(dāng)檢測對象旋轉(zhuǎn)時，同軸或關(guān)聯(lián)安裝的光電編碼器便會輸出A、B兩路相位相差90°的數(shù)字脈沖信號。光電編碼器的輸出波形如圖2所示。為了得到碼盤轉(zhuǎn)動的絕對位置，還須設(shè)置一個基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖1中的“零位標(biāo)志槽”。碼盤每轉(zhuǎn)一圈，零位標(biāo)志槽對應(yīng)的光敏元件產(chǎn)生一個脈沖，稱為“一轉(zhuǎn)脈沖”，見圖2中的C0脈沖。圖3給出了編碼器正反轉(zhuǎn)時A、B信號的波形及其時序關(guān)系，當(dāng)編碼器正轉(zhuǎn)時A信號的相位超前B信號90°，如圖3(a)所示；反轉(zhuǎn)時則B信號相位超前A信號90°，如圖3(b)所示。A和B輸出的脈沖個數(shù)與被測角位移變化量成線性關(guān)系，因此，通過對脈沖個數(shù)計數(shù)就能計算出相應(yīng)的角位移。根據(jù)A和B之間的這種關(guān)系正確地解調(diào)出被測機(jī)械的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角位移/速率，就是所謂的脈沖辨向和計數(shù)。脈沖的辨向和計數(shù)既可用軟件實(shí)現(xiàn)也可用硬件實(shí)現(xiàn)。
圖3 光電編碼器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)波形 |
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