增量式光电编码器

2022-06-19 12:28分类：电子元器件阅读：

增加量式光电编码器基本原理以及构造

增加量式光电编码器的特征是每造成一个輸出差分信号就相应于一个增加量偏移，可是不可以
根据輸出单脉冲差别出在哪个部位上的增加量。它可以发生与偏移增加量等价的差分信号，其功效
是给予一种对持续偏移量离散化或增加量化及其偏移转变（速率）的感测器方式，它是相比于某
个标准的相对位置增加量，不能够立即检验出轴的肯定位置信息。一般来说，增加量式光学编
码器輸出A、B 两互相差90°电夹角的差分信号（即所说的2组正交和輸出数据信号），进而可方
便地辨别出转动方位。与此同时也有作为参照零位的Z 相标示（标示）差分信号，码盘每转动
一周，只传出一个标示数据信号。标示单脉冲一般用于标示机械设备部位或对累积量清零。
增加量式光电编码器关键由灯源、码盘、检验光栅尺、光学检验元件和变换电源电路构成，如图所示
1-1 所显示。码盘上刻着节径相同的放射状透光性间隙，邻近2个透光性间隙中间意味着一个增加量周
期；检验光栅尺上刻着A、B 2组与码盘相对性应的透光性间隙，用于借助或阻拦灯源和光学检验
元器件相互间的光源。他们的节径和码盘上的节径相同，而且2组透光性间隙分开1/4 节径，促使
光学检验元器件输入输出的讯号在位置上相距90°电夹角。当码盘伴随着被测传动轴旋转时，检验光栅尺
没动，光源通过码盘和检验光栅尺上的通过间隙照射光学检验元器件上，光学检验元器件就輸出
2组相位差相距90°电夹角的近似于正弦波形的电子信号，电子信号通过变换电源电路的信号分析，能够
获得被测轴的拐角或速率信息内容。增加量式光电编码器輸出数据信号波型如图所示1-2 所显示。
增加量式光电编码器的特点是：基本原理结构简易、便于完成；机械设备使用寿命长，可做到几万元
钟头之上；屏幕分辨率高；抗干扰性较强，数据信号传送间距较长，稳定性较高。其缺陷是它没法
立即读取驱动轴的肯定位置信息。

图 1-2 增加量式光电编码器的输入输出数据信号波型

1.2.2 基本上技术性规格型号
在增加量式光电编码器的运用全过程中，针对其技术性规格型号一般会指出不一样的规定，在其中最关
键的便是它的屏幕分辨率、精密度、輸出讯号的可靠性、回应頻率、数据信号输入输出方式。
（1）屏幕分辨率
光电编码器的屏幕分辨率是以伺服电机轴旋转一周所造成的输入输出数据信号基本上周期时间数来表述的，即
脉冲数/转（PPR）。码盘上的透光性间隙的数额就相当于伺服电机的屏幕分辨率，码盘刻着的间隙越多，
伺服电机的屏幕分辨率就越高。在工业生产机电传动控制中，依据不一样的使用目标，可挑选屏幕分辨率一般在
500~6000PPR 的增加量式光电编码器，最大能够做到几万元PPR。沟通交流交流伺服电机自动控制系统中通快递
常采用像素为2500PPR 的伺服电机。除此之外对光电转换数据信号实现逻辑性解决，能够获得2 内存超频
或4 内存超频的差分信号，进而进一步提高屏幕分辨率。
（2）精密度
增加量式光电编码器的精密度与屏幕分辨率彻底不相干，这也是两种不一样的定义。精密度是一种衡量在
所选中的屏幕分辨率范畴内，明确任一单脉冲相对性另一单脉冲部位的工作能力。精密度一般用视角、角分或
角秒来表明。伺服电机的精密度与码盘透光性间隙的生产品质、码盘的机械设备转动状况的生产精密度因
素相关，也与安裝技术性相关。
（3）輸出讯号的可靠性
伺服电机輸出讯号的可靠性指的是在具体运转情况下，维持要求精密度的工作能力。危害伺服电机输
出数据信号可靠性的首要要素是环境温度对电子元器件导致的飘移、外部加于旋转编码器的形变力及其灯源
特点的转变。因为遭受气温和开关电源转变的危害，伺服电机的电子线路不可以保证要求的频率特性，
在制定和应用上都要给与考虑到。
（4）回应頻率
伺服电机导出的回应頻率在于光学检验元器件、电子器件解决路线的响应时间。当伺服电机快速
转动时，假如其屏幕分辨率很高，那麼伺服电机导出的讯号頻率可能很高。假如光学检验元件和电
子路线电子器件的工作中速度之不可以相一致，就会有也许使輸出波型比较严重崎变，乃至造成遗失脉
冲的状况。那样輸出数据信号就不可以确切体现轴的位置信息。因此，每一种伺服电机在其屏幕分辨率一
定的情形下，它的最大转速比也是一定的，即它的回应頻率是受到限制的。伺服电机的最高回应频
率、屏幕分辨率和最大转速比中间的关联如公式计算（1-1）所显示。

（5）数据信号输入输出方式
在绝大多数状况下，立即从伺服电机的光学检验元器件获得的讯号脉冲信号较低，波型也不规律，还无法融入于操纵、信号分析和长距离传送的规定。因此，在伺服电机内还需要将此数据信号变大、
整形美容。历经加工处理的输入输出数据信号一般近似于正弦波形或方形波。因为矩形框波輸出数据信号非常容易开展数据
解决，因此这类輸出讯号在精准定位操纵中获得普遍的运用。选用正弦波形輸出讯号时基本上解决了
精准定位终止时的振动状况，而且非常容易根据电子器件内插方式，以较低的成本费取得较高的屏幕分辨率。
增加量式光电编码器的讯号输入输出类型有：集电结引路輸出（Open Collector）、工作电压輸出
（Voltage Output）、线推动輸出（Line Driver）、相辅相成型輸出（Complemental Output）和推挽电路
式輸出（Totem Pole）。
集电结引路輸出这类导出方法根据应用伺服电机輸出侧的NPN 晶体三极管，将晶体三极管的发
射极引出来接线端子联接至0V，断掉集电结与 Vcc 的接线端子并把集电结做为输入输出端。在伺服电机供电系统
工作电压和数据信号接纳设备的工作电压不一致的情形下，提议采用这些种类的输入输出电源电路。輸出电源电路如图所示

1-3 所显示。关键应用范围有电梯轿厢、纺织设备、加油机、自动化机械、激光切割机械设备、印刷设备、
包装设备和针织机械等。

图 1-3 集电结引路輸出电源电路
工作电压輸出这类导出方法根据应用伺服电机輸出侧的 NPN 晶体三极管，将晶体三极管的发射极引
出接线端子联接至0V，集电结接线端子与 Vcc 和负载电阻相接，并做为输入输出端。在伺服电机供电系统工作电压
和数据信号接纳设备的工作电压一致的情形下，提议采用这些种类的输入输出电源电路。輸出电源电路如图所示1-4 所
示。关键应用范围有电梯轿厢、纺织设备、加油机、自动化机械、激光切割机械设备、印刷设备、全自动包装机
械和针织机械等。

图 1-4 工作电压輸出电源电路
线推动輸出这类导出方法使线推动专用型IC 集成ic（26LS31）用以伺服电机輸出电源电路，由
于它具备快速回应和较好的抗噪音特性，促使线推动輸出适合远距离传送。輸出电源电路如图所示
1-5 所显示。关键应用范围有交流伺服电机、智能机器人、数控车床加工机械设备等。

图 1-5 线推动輸出电源电路

相辅相成型輸出这类导出方法由左右2个各自为PNP 型和NPN 型的三极管构成，当在其中
一个三极管通断时，此外一个三极管则关闭。这类輸出方式具备高输入电阻和低输出阻抗，
因而在低特性阻抗状况下它还可以给予大区域的开关电源。因为键入、輸出数据信号相位差同样且頻率范畴
宽，因而它合适远距离传送。輸出电源电路如图所示1-6 所显示。关键运用于电梯轿厢行业或专用型行业。

图 1-6 相辅相成型輸出电源电路
推挽电路式輸出这类导出方法由左右2个 NPN 型的三极管构成，当这其中一个三极管通断
时，此外一个三极管则关闭。电流量根据輸出侧的2个晶体三极管向2个方位注入，并自始至终輸出电
流。因而它特性阻抗低，并且不太受噪音和形变波的危害。輸出电源电路如图所示1-7 所显示。关键运用领
域有电梯轿厢、纺织设备、加油机、自动化机械、激光切割机械设备、印刷设备、包装设备和针织机械等。