光电编码器的不同类型及特点

根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式及复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然，因此，只有在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才予以使用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较强的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用。

图4-4 增量式编码器工作原理

1.增量式编码器

增量式编码器工作原理如图4-4a所示。在图中，E为等节距的辐射状透光窄缝圆盘，Q₁、Q₂为光源，D_A、D_B、D_C为光电元件（光敏二极管或光电池），D_A与D_B错开90°相位角安装。当圆盘旋转一个节距时，在光源照射下，光电元件D_A，D_B上得到图4-4b所示的光电波形输出，A，B信号为具有90°相位差的正弦波，这组信号经放大器放大与整形，得到图4-4c的输出方波，A相比B相导前90°，其电压幅值为5V。设A相导前B相时为正方向旋转，则B相导前A相时即为负方向旋转。利用A相与B相的相位关系可以判别编码器的旋转方向，C相产生的脉冲为基准脉冲，又称为零点脉冲，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲，在数控车床上切削螺纹时，可将它作为车刀进刀点和退刀点的信号使用，以保证切削的螺纹不会乱扣。在加工中心上可作为主轴准停信号，以保证主轴和刀库间的可靠换刀。AB相脉冲信号经频率—电压变换后，得到与转轴转速成比例的电压信号，便可测得速度值及位移量。

它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

2.绝对值式编码器

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的直接输出数宇量的传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条码道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件。当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

图4-5所示的葛莱编码盘中空白的部分透光，用“0”表示；涂黑的部分不透光，用“1”表示。此码盘共有十六份和四环，由里向外每一环配置的光电变换器对应2³、2²、2¹和2⁰。

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图4-5 葛莱编码盘

这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数宇码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有n位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有n条码道。编码器的码道数目决定了该编码器的分辨力。将码盘加工成数个码道，每个码道有黑白分明的码宇组成，外层码道代表二进制的最低位，最里面的码道代表二进制的最高位，码宇的排列按二进制规律进行，二进制码盘的码道数n和码道编码容量M之间关系为：

M=2ⁿ （4-1）

角度分辨率α与码道数n间的关系为

α=360°/M=60°/2ⁿ （4-2）

显然，n越大，能分辨的角度就越小，测量角位移也就越精确。为了得到高分辨力和高精度，就要增大码盘的尺寸，以容纳更多的码道。

3.混合式绝对值编码器

混合式绝对值编码器，它输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全与增量式编码器的输出信息相同。