9.2光电编码器在角位移测量中的应用（课件）-《传感器与检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

任务一 长光栅传感器在位移检测中的应用 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 项目九 数字式位移传感器的应用 　　1.能正确识别长光栅传感器。 　　2.能完成长光栅传感器检测直线位移电路接线。 　　3.正确测量位移并且读数正确。 学习重点 项目九 数字式位移传感器的应用 　　绝对式编码器是对角度直接编码的，其输出的n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。通常应用于角度测量及往复运动的测量。根据其内部结构和检测方式可以分成接触式、光电式、磁式等形式。下面以绝对式光电编码器为例，介绍其工作原理。 　　绝对式光电编码器的码盘采用的是黑白分区的形式，分别表示不透光区和透光区。黑色的区域为不透光区，用“0”表示；白色的区域为透光区，用“1”表示。这样一圈0°～360°每个角度的位置传输位移的一个信号。在每个码道上都有一组光电元件，如图所示。 一、绝对式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　绝对式光电码盘 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 一、绝对式编码器 由于径向各码道分成透光区和不透光区，能接受光线的光敏元件输出“1”电平，不能接受到光线的则输出“0”电平。因此可以输出n位的二进制编码。 　　从图（b）可知，码道的圈数就是二进制的码数，并且从内到外是从最高位到最低位的顺序。如图所示，n个码道对应把码盘分成2n个区间，每个二进制代码代表对应的角度，所能分辨的角度α为 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 一、绝对式编码器 　　二进制码盘展开图 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 一、绝对式编码器 码盘的码道越多，所能分辨的角度α就越小，测量精度就越高。所以想要提高绝对式编码器的分辨力，就要增加码道数。为了避免出现非单值性误差即当从位置0111向位置1000过渡时，若光电元件安装不准，有可能会出现8～15之间的任意的十进制数这种情况，可采用格雷码盘，如图所示。格雷码又称二进制循环码，码盘上相邻的两个数码之间只有一位是变化的，这样可以消除非单值性误差。 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 一、绝对式编码器 格雷码盘展开图 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 一、绝对式编码器 　　（1）增量式编码器的结构和工作原理 　　增量式光电编码器采用光电式的较多，其结构如图所示，增量式光电码盘与转轴连在一起，跟随转轴一起旋转。 增量式光电编码器的结构 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　增量式编码器的码盘一般采用玻璃、镍和塑料3种材质制成。玻璃码盘适宜于高精度编码器，镍和塑料码盘适宜于中等精度编码器，其结构和形状如下图所示。以增量式光电码盘的上边缘有很多条向心按圆周等分的透光狭缝，狭缝的数量很多，有几百条到几千条不等，现在精度高的编码器可以有一万条狭缝。这些狭缝把码盘等分成n个透光的槽。 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　增量式光电码盘 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　增量式编码器的光源为具有聚光效果的LED灯，光源发出的光线透过光电码盘上狭缝，照射到码盘后方的光敏元件上，光敏元件将接收到的光信号转换成电脉冲信号，再经过信号处理电路后，送至控制系统或者直接显示。 　　增量式光电编码器的测量精度取决于码盘圆周上的狭缝条数，设狭缝条数为n，则光电编码器能分辨的角度为 　 　 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　（2）增量式编码器的输出信号方式 　　①单路输出 　　单路输出的编码器码盘只有一圈光栅，如图（a）所示。编码器有一组光电元件，如图（b）所示输出一个通道脉冲信号，控制系统根据单位时间检测到的脉冲数及编码器的分辨率计算出的被测轴的角速度及线速度。单路输出的缺点是输出波形只反映被测轴转动的角度，不能反映被测轴的转动方向。 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　单路输出的光电编码器的光栅结构和输出信号波形 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　②二路输出 　　二路输出的编码器码盘有2圈光栅，并且以90°相位差排列，如图（a）所示，编码器有2组光电元件，输出2路脉冲信号，由于A、B两相相差90°，可通过比较A相超前还是B相超前，以判别编码器的正转与反转，这点与光栅传感器测量位移的辨向电路相似。所以二路输出的光电编码器不仅可以检测速度，还可以检测旋转方向。 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　二路输出的光电编码器的光栅结构和输出信号波形 二、增量式编码器 任务二 光电编码器在角位移测量中的应用 　　③三路输出 　　三路输出是在二路输出编码器的基础上增加了一个零位信号，用于基准点定位，如图所示。一般