1、23p第一节第一节 编码器编码器p第二节第二节 光栅光栅本章重点：本章重点：增量码盘工作增量码盘工作原理原理本章难点：本章难点：4位移测量元件位移测量元件光电转换原理光电转换原理结构型结构型数字型数字型光栅光栅5功能：功能：编码器俗称编码器俗称码盘码盘，用来测量转角并把它转换成，用来测量转角并把它转换成脉冲或脉冲或数字数字形式的输出信号。形式的输出信号。分类：分类：1.根据输出信号的基本形式：增量式和绝对式根据输出信号的基本形式：增量式和绝对式2.根据结构和原理：接触式、根据结构和原理：接触式、光电式光电式、电磁式、电磁式6（1）结构）结构7（1）结构）结构 大圆盘上刻有均匀分布的辐大圆盘上刻
2、有均匀分布的辐射状窄缝，分布的周期称为射状窄缝，分布的周期称为节距节距。两组检测窄缝节距和圆盘上的相两组检测窄缝节距和圆盘上的相同，窄缝的位置相隔同，窄缝的位置相隔k k1/41/4节距节距，两个输出信号在相位上两个输出信号在相位上相差相差9090。8（2）工作原理）工作原理9（2）工作原理）工作原理 当圆盘转动时，光线透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换当圆盘转动时，光线透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器器A A 和和B B 上。通过的光线强度随转角作周期性的变化，所以光电上。通过的光线强度随转角作周期性的变化，所以光电转换器输出的电流信号随转角作周期变化，变化周期为窄缝的节转换器输出的电流
3、信号随转角作周期变化，变化周期为窄缝的节距距 L L。周期信号可分解为基波与谐波之和，谐波小时，用基波的。周期信号可分解为基波与谐波之和，谐波小时，用基波的正弦信号作为光电转换器的输出信号。光电转换器正弦信号作为光电转换器的输出信号。光电转换器A A 和和B B 这两路这两路信号经逻辑电路处理、计数后就能得到转角和转速，并可以辨别信号经逻辑电路处理、计数后就能得到转角和转速，并可以辨别转动方向。转动方向。10（3）信号处理）信号处理微分装置，信号由低向高跳变微分装置，信号由低向高跳变时输出一个脉冲。正转时输出时输出一个脉冲。正转时输出正转脉冲正转脉冲,反转时输出反转脉反转时输出反转脉冲。每输出
4、冲。每输出1 1个脉冲个脉冲，表示转，表示转过了过了一个节距一个节距。为了判别转动方向，信号为了判别转动方向，信号b b是不是不可缺少的，这是用两个检测窄缝可缺少的，这是用两个检测窄缝的原因。的原因。11 将正、反转脉冲分别送入可逆计数器就能正确计算出脉冲数N，再乘以一个脉冲对应的角度增量，就得到相对初始位置的角度角位移增量N。如何获得绝对位置信息?计算轴的转角要有基准。增量码盘事先规定一个基准零点，称为零位。相对这个零位的转角位置称为绝对位置。如何找到基准?增量码盘有3 个输出端，分别称为A、B 和Z。Z 相送出的脉冲就是零位脉冲。（3）信号处理）信号处理12（4）寻零）寻零转角不受限时，一
5、个方向转，一圈之内就可找到零位脉冲转角受限时，一个方向转，转到头还找不到就反转只作速度控制，是否需要寻零？13（4）寻零）寻零有没有更快的寻零方法？14（4）寻零）寻零15（5）分辨率与倍频电路）分辨率与倍频电路p一个脉冲对应的转角表示码盘的分辨率和静态误差。所以分辨率为如何提高码盘的分辨率？16（5）分辨率与倍频电路）分辨率与倍频电路p 细分技术能在不增加码盘刻线数及价格的情况下提高码盘的分辨率。p 细分前，码盘的分辨率对应一个节距。采用4细分技术后，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量精度。p 在脉冲传输过程中，若由于干扰而丢失脉冲或窜入脉冲时将会产生累计误差。17（6）优缺点）优缺点
6、优点l 精度高（可用倍频电路进一步提高精度）l 构造简单，成本较低l 既适合测角也适合测速l 无接触测量，可靠性高，寿命长缺点 开机后先要寻零。在脉冲传输过程中，干扰产生累计误差。需要计数器、速度受到一定限制。18（7）使用注意事项）使用注意事项1 1 考虑寻零问题考虑寻零问题2 2 考虑可能出现因干扰引起的累计误差考虑可能出现因干扰引起的累计误差3 3 考虑最大转速和分辨率矛盾考虑最大转速和分辨率矛盾4 4 考虑计数器溢出问题考虑计数器溢出问题19（1）结构）结构 三大部分，旋转的码盘、光源和光电敏感元件。光学码道，每个码道上按一定规律分布着透明和不透明区。20（2）工作原理）工作原理 光源
7、的光通过光学系统，穿过码盘的透光区被窄缝后面的光敏元件接收，输出为“1”；若被不透明区遮挡，光敏元件输出为“0”。各个码道的输出编码组合就表示码盘的转角位置。21（3）编码方式）编码方式u码道布局：二进制编码盘，每一个码道代表二进制的一位，最外层的码道为二进制的最低位.u分辨率：用N 表示码盘的码道数目，即二进制位数，则角度分辨率为N2/36022（3）编码方式）编码方式23（3）编码方式）编码方式问题：两个位置交换处问题：两个位置交换处可能产生很大的误差可能产生很大的误差如何解决这一问题？如何解决这一问题？24（3）编码方式）编码方式 循环码（格雷码）的码盘相邻两个代码间只有一位数变化。二进
8、制数有一个最小位数的增量时，只有一位改变状态，误差不超过最小的“1”个单位。但是转换成自然二进制码需要一个附加的逻辑处理转换装置。25（4）优缺点）优缺点优点：u 精度高,无接触，寿命长u 开机不需要寻零u 没有累计误差u 不需要计数器、允许转速高缺点：结构复杂，体积大，价格贵26（5）使用注意事项）使用注意事项1 供电电源要可靠，注意长线传输时压降2 考虑对于误码的处理3 考虑过零点的处理27混合式混合式 新型绝对值码盘，内部具有增量码盘的结构。基本结构是绝对值码盘，但码道较少，精度较低，起“粗测”作用。而增量码盘部分起到“精测”作用。从码盘输出到信号处理装置是模拟信号，抗干扰能力优于纯光电
9、增量码盘的脉冲信号。一通电就知道绝对位置，不必“寻零”。采用增量码盘结构，可对输出信号进行倍频处理提高精度。体积要比同精度的纯绝对值码盘小。28概述概述29工作原理工作原理 透射光栅和反射光栅两大类。透射光栅是用光学玻璃作成的，透光与不透光线条。金属反射光栅是在长条形金属镜面上制成全反射与漫反射间隔相等的密集线纹。30位移位移-数字转换原理数字转换原理（1 1）位移大小的确定）位移大小的确定光栅任一点处的莫尔条纹亮度是位移的周期函数，光栅任一点处的莫尔条纹亮度是位移的周期函数，周期为栅距周期为栅距a。用光敏元件检测莫尔条纹的移动。用光敏元件检测莫尔条纹的移动情况。光敏电元件输出信号变化的周期个数为情况。光敏电元件输出信号变化的周期个数为N，则位移则位移x 为为可以采用倍频电路提高光栅的分辨率和精度。可以采用倍频电路提高光栅的分辨率和精度。31位移位移-数字转换原理数字转换原理（2 2）位移方向的确定）位移方向的确定 采用两个光敏元件判断位移方向，其中心距离为采用两个光敏元件判断位移方向，其中心距离为W W/4/4。与光电码盘的情况完全相同。与光电码盘的情况完全相同。32
