第十一章编码器与光栅•11.1编码器•编码器俗称码盘,•用来测量转角,并把转角转换成脉冲或数字形式的输出信号。•本节介绍光电式码盘。11.1.1增量码盘•一、结构•转动部件:大圆盘与转轴。•固定部件:小圆盘,光源,透镜,光电元件,电源,电子线路等。•一、结构•大圆盘上刻有均匀分布的辐射状窄缝,分布周期为节距L。•固定的两组检测窄缝和大圆盘相同,窄缝的位置相隔(K±1/4)节距。•两个输出信号的相位相差90°。•二、工作原理•光线透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器A和B上。•当圆盘转动时,A和B输出电信号,与转角有关。•二、工作原理•通过的光线强度随转角作周期性变化,•所以光电转换器输出的电流信号随转角作周期变化,•变化周期为窄缝的节距L。•二、工作原理•通过的光线强度随转角作周期性的变化,所以光电转换器•输出的电流信号随转角作周期变化,•变化周期为窄缝的节距L。•周期信号可分解为基波与谐波之和,一般用基波的正弦信号作为输出信号。•采用A和B两路输出信号而不是一个,目的是辨别转动方向。•信号处理电路框图与波形图•整形电路:输出方波信号。•微分装置,信号由低向高跳变时输出一个脉冲。•正转时输出正转脉冲,反转时输出反转脉冲。•每输出1个脉冲,表示角度比原位置增加一个节距。•为了判别转动方向,信号b不可缺少,故用两个检测窄缝而不是1个。•将正、反转脉冲分别送入可逆计数器的加减计数端就能正确计算出脉冲数。•脉冲数乘以一个脉冲对应的角度增量,•就得到码盘相对初始位置的角度——角位移的增量。•计算轴的转角要有一个统一的零位——基准。•相对这个统一的零位的角度称为绝对位置。•增量码盘是如何确定零位?又是如何计算转角的绝对位置?•三、码盘的寻零•每一个增量码盘事先都设置了一个基准零点,称为零位。•相对这个零位的转角位置称为绝对位置。•当码盘转到零位时,输出一个参考脉冲,称为零位脉冲。•三、码盘的寻零•每一个增量码盘事先都设置一个零位。相对这个零位的转角位置称为绝对位置。•当码盘转到零位时,输出一个参考脉冲,称为零位脉冲。•增量码盘有3个输出端,分别为A、B和Z。A、B两相的信号相位差90°,并被处理成相位差是90°的方波。•Z相送出的脉冲就是零位脉冲。•三、寻零•增量码盘开机通电后,输出的脉冲数是相对于起始位置而言。•起始位置是随机位置,此时输出的角位置没用。•寻找到零位并将此前的数字清零后,输出的脉冲数字才表示转角的绝对位置。•增量码盘寻零过程。•装有增量码盘的系统,通电开机后首先执行寻零过程。•若系统转轴的转角范围不受限,寻零时转轴向任一方向转动,必能找到零位。若转角范围有限,零位应在转角范围内。开机寻零时先向一个方向转动,若到限位处仍没找到零位,则向相反方向转动,必能找到零位。•开机寻零时先向一个方向转动,若到限位处仍没找到零位,则向相反方向转动必能找到零位。•码盘开机后寻到零时,Z相的第1个零位脉冲使可逆计数器清零,然后计数器才开始计数,有效计数,显示的数据是角位移的绝对位置。•如果码盘的运行范围超过一周,还应适当处理零位脉冲,以便记录和显示转动的圈数。•四、分辨率与倍频电路•一个脉冲对应的转角表示码盘的分辨率和静态误差。所以分辨率为•码盘的分辨率首先取决于码盘转一周所产生的脉冲数。脉冲数与圆盘刻的窄缝数成正比。码盘直径越大,窄缝越多,码盘的分辨率和精度越高。•上述信号处理电路,码盘转一个节距,只输出1个脉冲。•对上述电路进行改进,码盘转一个节距,可得到2倍、4倍、8倍……的脉冲个数,相应的一个脉冲代表的角位移就变为原来的1/2、1/4、1/8……从而明显提高了分辨率。•具有这种功能的电路称为倍频电路或电子细分电路。•4倍频电路逻辑图•4倍频电路波形图。使方波的跳变正好处于光电信号的0°,90°,180°,270°4个位置。一个周期得到4个脉冲。•信号足够接近正、余弦波形,可将整形电路的跳变电压调整到其它适当值,得到更高倍频电路,使测量精度进一步提高。五、增量码盘的优缺点•优点精度高(可用倍频电路提高精度)。体积较小。•缺点开机后先要寻零。在脉冲传输过程中,若由于干扰而丢失脉冲或增加脉冲时将会产生误差,此误差不会自行消除。