光电编码器的原理及其应用

光电编码器的原理及其应用

常用的光电编码器是增量光电编码器，也称为光电编码器、光电脉冲编码器、光电脉冲编码器等。它们将机械旋转角度转换为电脉冲，常用作数控机床上的角度路径识别部件。它们也可以用于角速度检测。从这个名字我们可以知道光电编码器通过光检测位置信号。光电编码器主要由四个部件组成：

  光源（通常为LED）
  传感器
  可旋转的码盘
  遮光掩码盘

根据某些编码规则形成的遮光透明轨道被刻在与测量轴同心的码盘上。编码器的一侧是发光的LED，另一侧是接收光的传感器。测量轴的旋转会在流经码盘的光束中产生不连续性。通过接收光电子器件和电路准备，产生特定的电信号进行输出，然后可以使用数字处理来计算位置和速度信息。



在光电编码器中，每个传感器用于捕获信号。一个条形码轨迹可以通过两个传感器进行检测，并且这两个传感器检测到的信号具有一定的相位偏差。从这组有相位差的信号中，我们可以得到更多的信息，比如旋转的方向。如果我们需要一个零信号来进行脉冲计数校正，那么编码器上通常有另一个轨道来生成零信号。

采用光学相位阵列技术的光电编码器比传统设计更可靠。光学相位阵列技术的原理是将多个信号的平均值收集为单个信号，因此其优点是收集的信号更稳定可靠，适用于采矿、重型机械等更复杂的环境。这些环境中的振动和振动会影响传统编码器的信号采集。此外，具有光学相位阵列技术的编码器比传统光电编码器具有更低的安装精度要求。

光电编码器的测量精度

光电编码器的测量精度取决于它能分辨的最小角度，这与码盘圆周上的条纹数量有关，即分辨率角度。α＝360°/槽数。如果条数为1024，则分辨率角α＝360°/1024＝0.352°。光电编码器的输出信号A、B为差分信号。差分信号显著提高了传输的干扰防护能力。在CNC系统中，上述信号经常经过倍频以进一步提高分辨率。例如，配备2000脉冲/r光电编码器的伺服电机直接驱动倾斜8mm的滚珠丝杠，经过CNC系统四倍频率的加工，角度分辨率对应于8000脉冲/r，对应工作台的线性分辨率增加了0.004mm，然后倍频增加到0001mrn。光电编码器的优点是无接触磨损、码盘寿命长、允许速度高，并且可以使外圈宽度非常小，从而获得高精度。缺点是结构复杂，价格相对较高，光源的使用寿命相对较短。

光电编码器的应用

基于每转发射的脉冲数量，有不同型号的增量光电编码器。例如，下表列出了最常用的数控机床，这些机床是根据数控机床的螺纹倾角选择的。

为了满足高速、高精度数字伺服系统的要求，高分辨率光电脉冲编码器相继被开发出来。现在有编码器，每转发射10万甚至数百万个脉冲，这些光电脉冲编码器设备内部配备了微处理器。

光电编码器通过特殊设计可以实现非常高的精度，单环分辨率也可以超过400万个脉冲。这些优势使光电编码器在许多需要高分辨率的情况下占有一席之地，例如计算机鼠标、复印机或医疗机器。通过使用光学相位阵列技术，光电编码器也可以用于更恶劣的环境，如塔基。

尽管我们在一些极端恶劣的环境中考虑磁编码器，但我们需要考虑光电编码器的精度和分辨率对我们的系统是否更重要，或者磁编码器的可靠性是否更重要。

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