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光电编码器原理是怎样的?
发布时间:2019-04-10
发布者:不限ip注册送35体验金
浏览次数:106次

光电编码器是一种二进制光电位置指示器,其基本原理是由不同等分的明暗相间的条纹,通过光电元件取得角度位置的二进制数字信号,最后进行解码取得角度位置的绝对值或相对值。绝对编码器的码形总是唯一的,这种码形给出了长度或角度的位置。光电编码器由光源,码盘和光电接收器所组成。码盘是编码器中的最重要的器件。图3.17是一个八位编码器的码盘和编码器的工作原理图。这里的码盘是一种自然码盘。绝对编码器的码形有多种形式。一种叫做格瑞码的码盘特别适用于光学编码器(见图3.18(a))。这种码盘每进一格仅改变一个数码,不易产生错码现象。


图3.19增量编码器码盘脉冲信息细分的工作原理,图中z表示零位


光电编码器的另一类是增量编码器。增量编码器的码盘如图3.18(b)所示。它的码盘是由明暗相间的条纹所构成。一般来讲同样分辨精度的增量编码器要比绝对编码器便宜得多。增量编码器还有一些提高分辨精度的方法。通常增量光栅码盘有四个刻道,其中两个是明暗相间的条纹码,另外两个是电源亮度指示码。这两个条纹码之间相互错开,这样这种码盘的编码器就不但可以给出码盘运动的角度和大小,而且可以给出码盘运动的方向。同时当光栅码盘的方波脉冲信息输入到顺时针和逆时针的增减计数器中时,这种两个条纹码的方波信息就可以分解为一倍、两倍或四倍的精细信号以提高编码器的分辨本领。如果光栅码盘的质量好,这种精细的四倍的信号可以精确到每一个信号脉冲的二分之一。


为了获得更为精细的分辨本领一种用光栅读头的方法可以达到这个目的。(见图3.20)这时在旋转光栅的后面加上了一个小的子光栅。当相干光照射在光栅盘上时,在子光栅面上的光强为(leki,1999):

图3.20增量编码器中子光栅码盘细分的工作原理图(leki,1999)


式中t1是光栅的投射率。如果第一个光栅的周期是p,第二个光栅的周期也是p。用w作为在焦面上的空间频率,则在焦面上的光能量为:

图3.21增量编码器中子光栅码盘细分的光强信号和位移的关系,A.U表示任意

单位(leki,1999)ReprintedwithpermissionfromTaylor&Francis,Inc.。


当M=0时这一信号的光能量可以表示为一个级数形式。如果只取前面的两项的话,则焦点的光能是的余弦函数。这样通过电细分,我们还可能获得更为精细的分辨精度。在实际应用中可以用四组子光栅,同时用于上下两组条纹上以提高电细分的精度。但是正如图3.21所示周期光栅的焦点能量并不是真正的余弦曲线,所以如果采用如图3.22所示的调制子光栅其焦点能量才是真正的余弦曲线,则细分后的分辨率精度就会更为准确。另外应用调制平行光源的方法,使用两个面积不同的面光源也可以使焦点能量成为正确的余弦函数。通过应用不同分辨率的增量光栅的组合,可以获得不同频率的正弦和余弦的值,这样就可制成精度非常高的绝对编码器。一般这种高精度的编码器总有多个码道,它们是直流参考码以及三至十五位的正余弦码。

图3.22增量编码器的两种调制子光栅的光栅具体尺寸(leki,1999)


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