编 码 器 的基 本 原 理.ppt

编码器基本原理 概述 将机械转动的模拟量(位移)转换成以数字代码形 式表示的电信号,这类传感器称为编码器又称数字编 编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性而广泛 用于各种位移测量, 编码器的种类很多。按其结枃形式有直线式编码 器和旋转式编码器。由于许多直线位移是通过转轴的 运动产生的,因此旋转式编码器应用更为广泛,  编码器按其检测原理分为电磁式、接触式、光 电式等。 光电式编码器具有非接触和体积小的特点分 辨率高,它作为精密位移传感器在自动测量和自动 控制技术中得到了广泛的应用。 目前我国已有23位光电编码器,为科学研究 军事、航天和工业生产提供了对位移量进行精密检 则的手段。 旋转式编码器又分为増量式编码器和绝对式编 增量式编码器的输岀是一系列脉冲,需要一个 计数系统对脉冲进行累计计数.一般还需要基准数 据即零位基准才能完成角位移测量。  绝对式编码器不需要基准数据及计数系统。它 在任意位置都可给岀与位置相对应的固定数字码 输出。 1增量型编码器( incremental encoder) 增量型编码器每转一周可产生一系列的脉冲, 脉冲的数量可表示角位移的测量。編码器内有 圆盘——编码盘。通常为一光学玻璃,码盘最外 圈的码道上均布有相当数量的透光与不透光的扇 形区域,用来产生记数脉冲的增量码道,扇形区 的多少决定了编码器的分辨率,扇形区越多  分辫率越高。例如 个每转5000的增 码盘 光敏元件 量形编码器,其码 平行光栅 电信号 盘上共有5000个透LED 参考标志 光和不透光的扇形 区域。这个码盘被 安装到编码器的旋 转轴上 增量式编码器的轴 安装法兰 码盘刻线间距均等 轴承 对应每一个分辨率 区间,可输出 增量脉冲。  光源发出平行且定向的光束照到码盘上,光敏 元件接受被调制的光线,获得四组正弦波信号 组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差 (相对于一个周波为360度),将C、D信号反向, 叠加在A、B两相上,可增强稳定信号:另每转 输出一个Z相脉冲以代表零位参考位 用一些数字电子元器件将信号放大。并整 形出正交波的脉冲系列,由电缆传出。由于A B两相相差90度。可通过比较A相在前还是B相在 前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉 中,可获得编码器的零位参考位。  可辨向光栅盘结构和辨向原理如图2,有A相、B相 和Z相三条环带。A相和B相在码盘上互相错半个区 域,在相位上相差14周期,在波形上相差900 即相互垂直。利用B相的上升沿触发检测A相的状 态,由此判断旋转方向。当码盘以某个方向勻速 旋转时(如CW),A相超前B相首先导通;当码盘反方 向(CCW)勻速旋转时,A相滞后于B相。 :! (a)光柵盘结构 b冫顺时针旋转输出脉冲 b)逆时针旋转输出脉冲 图2光桥盘结构和燕向原理 Fig 2 Structure of Grating Theory of Judging Direction  采用简单的逻辑电路判断编码器输出的A相 和B相输出脉冲时序便可确定码盘的旋转方向。 并且对A相或者B相的输出脉冲进行计数统计, 得出旋转的角位移或者角速度。如果码盘做变 速远动,可把它看做多个远动周期的组合,其 辨向方法和速度计算方法相同。Z相脉冲用来设 置码盘旋转每周的清零,作为轴的初始位置计 算当前的角度(360。范围内)。它的优点是原理 构造简单。机械平均寿命可在几万小时以上 抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输。 其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息,  HimllillIu HHRITIIILIII11 图1增量式编码器光学图案 Optical pattern of an incremental encoder  2、绝对型编码器(旋转型) 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线 每道刻线依次以2线、4线、8线、16线.…编排, 这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻 浅的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方 的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝 对编码器。这样的編码器是由光电码盘的杋械位 置决定的,它不受停电、干扰的影响。 绝对编码器由机械位置决定的每个位置是噍 的,它无需记忆,无找参考点,而且不用 直计数。什么时候需要知道位置,什么时候就去 读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数 据的可靠性大大提高了  3、光电编码器 光电式编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘 (码盘)、狭缝以及安装在圆盘两边的光源和光敏元 件等组成,基本结构如图1所示。码盘由光学玻 璃制成,其上到有