光电编码器根据其用途的不同分为旋转光电编码器和直线光电编码器,分别用于测量旋转角度和直线尺寸。光电编码器的关键部件是光电编码装置,在旋转光电编码器中是圆形的码盘(codewheel或codedisk),而在直线光电编码器中则是直尺形的码尺(codestrip)。码盘和码尺根据用途和成本的需要,可由金属、玻璃和聚合物等材料制作,其原理都是在运动过程中产生代表运动位置的数字化的光学信号。

 

光电编码器内部结构

(图片来源于互联网)

透射式旋转光电编码器的原理:

 

在与被测轴同心的码盘上刻制了按一定编码规则形成的遮光和透光部分的组合。在码环的一边是发光二极管或白炽灯光源,另一边则是接收光线的光电器件。码盘随着被测轴的转动使得透过码盘的光束产生间断,通过光电器件的接收和电子线路的处理,产生特定电信号的输出,再经过数字处理可计算出位置和速度信息。

 

光电编码器内部结构

(图片来源于互联网)

 

增量编码器的码盘上图所示。在现代高分辨率码盘上,透光和遮光部分都是很细的窄缝和线条,因此也被称为圆光栅。相邻的窄缝之间的夹角称为栅距角,透光窄缝和遮光部分大约各占栅距角的1/2。码盘的分辨率以每转计数(CPR-countsperrevoluTIon)表示,亦即码盘旋转一周在光电检测部分可产生的脉冲数。例如某码盘的CPR为2048,则可以分辨的角度为10,311.8”。在码盘上,往往还另外安排一个(或一组)特殊的窄缝,用于产生定位(index)或零位(zero)信号。测量装置或运动控制系统可利用这个信号产生回零或复位操作。

 

从原理分析,光电器件输出的电信号应该是三角波。但是由于运动部分和静止部分之间的间隙所导致的光线衍射和光电器件的特性,使得到的波形近似于正弦波,而且其幅度与码盘的分辨率无关。

 

光电编码器接线图:

 

光电编码器接线图

(图片来源于互联网)

 

拓展:


光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光源、光码盘和光敏元件组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外,为判断旋转方向,码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。