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光电式编码器

2017-12-28 17:28:04 2545

0 光电式编码器是目前使用较多的编码式数字传感器。１．光电式编码器的结构与工作原理光电式编码器由码盘与光电读出装置两部分组成。码盘采用照相腐蚀工艺，在一块圆形光学玻璃上刻有透光与不透光的码形。可以输出４位二进制数码的码盘如图４．３９（ａ）所示。光电读出装置如图４．３９（ｂ）所示。由最外向内部依次为２０位，２１位，２２位，２３位，码盘一侧放置光源，另一侧１个码道对应放置１个光电器件，图中为光电三极管。４个光电三极管的读出装置正处在码盘第８号角度位置，只有最里面码道的光电三极管对着不透光区（阴影区），故不受光照，管子截止，输出电平为Ｂ４＝［１］。其他３个码道光电三极管均对着透光区（非阴影区），故受光照而导通，输出电平均为［０］。因此，码盘的第８号角度位置对应的输出数码［Ｂ４Ｂ３Ｂ２Ｂ１］为［１０００］。码盘转动某一角度，光电读出装置就输出１个数码；码盘转动１周光电读出装置就输出１６种不同的４位二进制数码。２．提高分辨率的措施二进制码盘所能分辨的旋转角度，即码盘的分辨率α为由此可见，位数越多，码道数越多，能分辨的角度越小。为了提高角位移的分辨率，常规方法就是增加码盘的码道数，当然这要受到制作工艺的限制。一般可通过采用多级码盘，如两级码盘达到提高分辨率的目的。设低位码盘有５条码道，其输出为５位数码［Ｂ５Ｂ４Ｂ３Ｂ２Ｂ１］，高位码盘有６条码道，输出６位数码［Ｂ１１Ｂ１０Ｂ９Ｂ８Ｂ７Ｂ６］，两个码盘的关系同钟表的分针与秒针的关系相似。同一个表盘，秒针移动６０格（１圈）分针才移１格，分针移动１格代表１分，秒针移动１格代表１秒，分辨率提高６０倍。若低位码盘转了１圈后（输出２５＝３２个数码）高位码盘才移动１个码位，或者说低位码盘转２５＝３２圈，高位码盘才旋转１圈，那么分辨率将提高３２倍，，即可分辨的角位移是高位码盘分辨率。a6=３６０°/26=５．６２５°的1/32。即０．１７６°。由５条码道的低位码盘与６条码道的高位码盘相配合，可输出１１位数码，角分辨率可达a11=３６０°/２１１=０．１７６°。３．减小误码率采用二进制８４２１码制的码盘，对码盘的制作和安装要求很严格，否则会产生严重的错码。如图４．３７（ａ）所示码盘由第７号角度位置转到第８号角度位置时，应输出二进制码［１０００］，若因某种原因内码道光电三极道首先进入非导电区，则会输出二进制码［１１１１］；如果滞后进入非导电区则将输出［００００］，故本应由７变８，却出现１５或０。为了提高精度，限制错码率为一个位码，常用以下两种方法。（１）循环码盘。循环码的特点是相邻两个数的代码只有一位码是不同的，如图４．４０（ａ）所示。只要适当限制各码道制作误差，就可消除多位错码现象，因此，循环码码盘获得了广泛应用。表４．３列出４位二进制码与循环码对照表。按表４．３可找到循环码和二进制码之间的转换关系为光电读出装置输出的循环码必须先经循环码 ——— 二进制码 ——— 转换电路再变回二进制码，转换电路如图４．４０（ｂ）所示。（２）扫描法。它是在二进制码盘的最低位码道也就是在最外侧的码道上安装一个光电读出头，其他码道上均装两个光电读出头，其中一个称为超前读出头，处于比它低一位读出头提前改变状态的位置；另一个称为滞后读出头，处于比它低一位读出头滞后改变状态的位置于是，装有两个读出头的码道就有两个数字信号输出，要根据前一位是［１］还是［０］来决定本位数码电平是取超前读出头还是滞后读出头的电平值。按照二进制码的特点，当某一个二进制码的第ｉ位是１时，该二进制码的第ｉ＋１位要从滞后读出头读出；相反，当某一个二进制码第ｉ位是０时，该数码的第ｉ＋１位要从超前读出头读出。这样也能使错码限制为最低位的一个ｂｉｔ。图４．４１（ａ）为扫描码盘结构示意展开图；图４．４１（ｂ）为控制逻辑。图中所示最低位（２０）读出头所在位置为“ｘ”处，输出高电平“１”，则２１位应从滞后读出头读出，为 “１”。故输出二进制码［２３２２２１２０］为［１０１１］。从图４．４１（ａ）可见，由前一位电平所选中的各高位（２１，２２，２３）读出头，不论是滞后读出头，还是超前读出头均在错位率最低的位置。就是说，即使这些读出头发生错位，输出数码也不会变化，从而保持错码率与分辨率一致。购线网：gooxian.com 0
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