编码器与光栅.ppt

编码器与光栅,11.1 编码器 编码器俗称码盘， 用来测量转角， 并把转角转换成脉冲或数字形式的输 出信号 本节介绍光电式码盘11.1.1 增量码盘,一、结构 转动部件： 大圆盘与转轴 固定部件：小圆盘， 光源，透镜， 光电元件，电源， 电子线路等一、结构 大圆盘上刻有均匀分布的辐射状窄缝， 分布周期为节距 L 固定的两组检测窄缝和大圆盘相同， 窄缝的位置相隔（K±1/4）节距 两个输出信号的相位相差90°二、工作原理 光线透过圆盘窄缝 和检测窄缝照到光 电转换器A 和B 上 当圆盘转动时， A 和B输出电信号， 与转角有关二、工作原理 通过的光线强度随转角作周期性变化， 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距 L二、工作原理 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距 L 周期信号可分解为基波与谐波之和， 一般用基波的正弦信号作为输出信号 采用A 和B 两路输出信号而不是一个， 目的是辨别转动方向信号处理电路 框图与波形图,整形电路：输出方波信号 微分装置，信号由低向高跳变时输出 一个脉冲。

正转时输出正转脉 冲,反转时输出反 转脉冲 每输出1个脉冲， 表示角度比原位置 增加 一个节距为了判别转动方向，信号 b 不可缺少， 故用两个检测窄缝而不是 1 个 将正、反转脉冲分别送入可逆计数器的 加减计数端就能正确计算出脉冲数 脉冲数乘以一个脉冲对应的角度增量， 就得到码盘相对初始位置的角度—— 角位移的增量计算轴的转角要有一个 统一的零位—— 基准 相对这个统一的零位的角度称为 绝对位置 增量码盘是如何确定零位？ 又是如何计算转角的绝对位置？,三、码盘的寻零 每一个增量码盘事先都设置了一个 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 当码盘转到零位时，输出一个 参考脉冲，称为零位脉冲三、码盘的寻零 每一个增量码盘事先都设置一个零位 相对这个零位的转角位置称为绝对位置 当码盘转到零位时，输出一个参考脉冲，称为零位脉冲 增量码盘有3 个输出端，分别为A 、B 和Z A 、B 两相的信号相位差 90°， 并被处理成相位差是90°的方波 Z 相送出的脉冲就是零位脉冲三、寻零 增量码盘开机通电后，输出的脉冲数是 相对于起始位置而言 起始位置是随机位置， 此时输出的角位置 没用。

寻找到零位并将此前的数字清零后， 输出的脉冲数字才表示转角的绝对位置增量码盘寻零过程 装有增量码盘的系统，通电开机后首先 执行寻零过程 若系统转轴的转角范围不受限，寻零时 转轴向任一方向转动，必能找到零位 若转角范围有限，零位应在转角范围内 开机寻零时先向一个方向转动， 若到限位处仍没找到零位， 则向相反方向转动，必能找到零位开机寻零时先向一个方向转动，若到限位处仍没找到零位，则向相反方向转动必能找到零位 码盘开机后寻到零时， Z 相的第 1 个零 位脉冲使可逆计数器清零， 然后计数器才开始计数，有效计数， 显示的数据是角位移的绝对位置 如果码盘的运行范围超过一周， 还应适当处理零位脉冲， 以便记录和显示转动的圈数四、分辨率与倍频电路 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 码盘的分辨率首先取决于码盘转一周所 产生的脉冲数脉冲数与圆盘刻的窄缝 数成正比码盘直径越大，窄缝越多， 码盘的分辨率和精度越高上述信号处理电路，码盘转一个节距， 只输出1个脉冲 对上述电路进行改进，码盘转一个节 距，可得到2 倍、4 倍、8 倍… … 的 脉冲个数，相应的一个脉冲代表的角位 移就变为原来的1/2、1/4、1/8 … … 从而明显提高了分辨率。

具有这种功能的电路称为倍频电路或 电子细分电路4倍频电路 逻辑图,,4倍频电路波形图 使方波的跳变正好处于光 电信号的 0°，90°， 180°，270°4个位置 一个周期得到4个脉冲 信号足够接近正、余弦 波形，可将整形电路的跳 变电压调整到其它适当值， 得到更高倍频电路，使测 量精度进一步提高五、增量码盘的优缺点 优点 精度高（可用倍频电路提高精度） 体积较小 缺点 开机后先要寻零 在脉冲传输过程中，若由于干扰而丢失 脉冲或增加脉冲时将会产生误差， 此误差不会自行消除。