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2023-06-25
光电编码器：将位移转换为电信号的检测传感器
【摘要】：光电编码器是将位移转换为电信号的传感器，主要用于角位移的检测。光电编码器由光源、透镜、码盘、遮光板和光敏元件组成，光源光线经透镜、码盘和遮光板上窄缝使光敏元件感光发出信号。光电编码器具有高分辨率、高准确度、高可靠性的特点，不足是光源寿命较低。从码盘信号区分，光电编码器有码盘式和脉冲式两种。
光电编码器是将位移转换为电信号的传感器，主要用于角位移的检测。光电编码器由光源、透镜、码盘、遮光板和光敏元件组成，光源光线经透镜、码盘和遮光板上窄缝使光敏元件感光发出信号。光电编码器具有高分辨率、高准确度、高可靠性的特点，不足是光源寿命较低。从码盘信号区分，光电编码器有码盘式和脉冲式两种。
1.码盘式编码器
码盘式编码器码盘上有多层码道，如图7.16所示，每层码道有不同的明暗区，明区可以通过光线，暗区阻止光线通过，光敏元件根据码道光线产生编码信号。码盘一般有二进制码盘（见图7.17a）和循环码（格雷码）码盘（见图7.17b）两种，图中的4层码盘圆周有16个分区，转角分辨率为
，道数越多，分辨率越高。二进制码盘每分区的光电信号就是二进制数，对计算很方便，但是码盘转过一个区，可能有两位以上信号状态变化，容易产生较大的读数误差。循环码转过一个区只有一位信号状态发生变化，即使产生读数误差，也只是相差一个分辨率，因此常用循环码码盘。循环码码盘的不足是分区信号读数必须转换为二进制码后才能进行数学运算。
图7.16 光电编码器
图7.17 码盘式编码器
2.脉冲式编码器
脉冲式编码器码盘（见图7.18）圆周上均匀分布小孔（或窄缝），码盘每转过一个孔距就产生一个脉冲，计数脉冲的个数可得转角，因此脉冲式编码器也称为增量式编码器。码盘孔数越多，该编码器分辨率越高。遮光板上有三个孔，A、B两孔距离是码盘圆周孔距的
，可产生两路相差
周期的脉冲，正转时A脉冲领先B脉冲
周期。反转时B脉冲领先A脉冲
周期，比较A、B脉冲相位可以判别转向。在码盘内圈有一个零位孔，码盘每转一周，零位孔与光栏板C孔重合时发出“零位脉冲”信号，利用零位脉冲可以统计转数，也可以接到计数器复位端，使计数器每转复位一次。
图7.18 脉冲式码盘
利用脉冲式编码器计数脉冲可以计算转速（r/s）
式中，t为测速采样时间；N1为时间t内的脉冲个数；N为编码器每转脉冲数。
如果转速单位为r/min，则
数控机床一般用脉冲式编码器组成半闭环进给伺服控制系统，脉冲式编码器的不足是遇停电等情况会丢失累计的脉冲，因此需要有停电记忆措施，而码盘式编码器，停电后仍能读出停电时的转角位置。
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2023-06-26
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