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光電編碼器技術(shù)

常用的光電式編碼器為增量光電編碼器，亦稱光電碼盤(pán)、光電脈沖發(fā)生器、光電脈沖編碼器等，它把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床上常用的一種角位移檢測(cè)元件，也可用于角速度檢測(cè)。從名字我們能知道，光電編碼器是通過(guò)光線來(lái)檢測(cè)位置信號(hào)的。一個(gè)光電編碼器主要包含四種原件：
  ?  光源（通常為L(zhǎng)ED）
  ?  傳感器
  ?  可旋轉(zhuǎn)的碼盤(pán)
  ?  遮光掩碼盤(pán)

在與被測(cè)軸同心的碼盤(pán)上刻制了按一定編碼規(guī)則形成的遮光和透光的軌道。碼盤(pán)的一邊是發(fā)光LED，另一邊則是接收光線的傳感器。碼盤(pán)隨著被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使得透過(guò)碼盤(pán)的光束產(chǎn)生間斷，通過(guò)光電器件的接收和電路的處理，產(chǎn)生特定電信號(hào)的輸出，再經(jīng)過(guò)數(shù)字處理可計(jì)算出位置和速度信息。

在光電編碼器中每個(gè)傳感器用于一路信號(hào)的檢測(cè)。一條碼道可以配合兩個(gè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，這兩個(gè)傳感器檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)會(huì)有一定的相位偏差。從這組帶相位差的信號(hào)我們可以得到更多的信息比如旋轉(zhuǎn)方向。如果我們需要零位信號(hào)用于脈沖計(jì)數(shù)的校正，通常碼盤(pán)上還會(huì)有另一條軌道用于產(chǎn)生零位信號(hào)。

采用光學(xué)相位陣技術(shù)的光電編碼器比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加可靠。光學(xué)相位陣技術(shù)的原理是采集多路信號(hào)的平均值作為一路信號(hào)，所以帶來(lái)的好處是采集的信號(hào)更加穩(wěn)定可靠，適合應(yīng)用在一些更復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，例如采礦，重型機(jī)械等。因?yàn)樵谶@些環(huán)境中振動(dòng)和沖擊會(huì)影響傳統(tǒng)編碼器的信號(hào)采集。另外采用光學(xué)相位陣技術(shù)的編碼器在安裝精度上的要求也比傳統(tǒng)光學(xué)編碼器要低。

光電編碼器的測(cè)量精度

光電編碼器的測(cè)量精度取決于它所能分辨的zui小角度，而這與碼盤(pán)圓周的條紋數(shù)有關(guān)，即分辨角α＝360°/狹縫數(shù)。如條紋數(shù)為1024，則分辨角α＝360°/1024＝0.352°。光電編碼器的輸出信號(hào)A、和B、為差動(dòng)信號(hào)。差動(dòng)信號(hào)大大提高了傳輸?shù)目垢蓴_能力。在數(shù)控系統(tǒng)中，常對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行倍頻處理，以進(jìn)一步提高分辨力。例如，配置2000脈沖／r光電編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)8mm螺距的滾珠絲杠，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)4倍頻處理后，相當(dāng)于8000脈沖／r的角度分辨力，對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的直線分辨力由倍頻前的0.004mm提高到0.001mrn。光電式編碼器的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有接觸磨損，碼盤(pán)壽命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，而且zui外圈每片寬度可做得很小，因而精度高。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)要高，光源壽命偏短。

光學(xué)編碼器的應(yīng)用

增量式光電編碼器按每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)的多少來(lái)分有多種型號(hào)，比如數(shù)控機(jī)床zui常用的如下表所列，根據(jù)數(shù)控機(jī)床絲杠螺距來(lái)選用。

脈沖編碼器	每轉(zhuǎn)脈沖移動(dòng)量（mm）
2000脈沖／r	2，3，4，6，8
2500脈沖／r	5，10
3000脈沖／r	3，6，12

為了適應(yīng)高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)的需要，先后又發(fā)展了高分辨率的光電脈沖編碼器?，F(xiàn)在已有使用每轉(zhuǎn)發(fā)出10萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)個(gè)脈沖的編碼器，該類光電脈沖編碼器裝置內(nèi)部應(yīng)用了微處理器。

光學(xué)編碼器通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)可以達(dá)到非常高的精度，單圈分辨率也可以超過(guò)4百萬(wàn)個(gè)脈沖。這些優(yōu)勢(shì)使得光學(xué)編碼器在很多對(duì)分辨率要求很高的場(chǎng)合占有一席之地，例如：電腦的鼠標(biāo)，復(fù)印機(jī)或是醫(yī)療機(jī)械。通過(guò)光學(xué)相位陣技術(shù)的應(yīng)用，光電編碼器也可以在更惡劣的環(huán)境中使用，例如塔基。

盡管在一些惡劣的環(huán)境下我們可能會(huì)考慮磁性編碼器，但我們需要考慮一個(gè)問(wèn)題：究竟是光電編碼器的精度和分辨率對(duì)我們的系統(tǒng)更重要，還是磁性編碼器的可靠性更重要。