增量式角度數(shù)字編碼器的工作原理:
(圖片文字依次為:光源、碼盤、光敏元件、放大整形、脈沖輸出)
在一個碼盤的邊緣上開有相等角度的縫隙(分為透明和不透明部分),在開縫碼盤兩邊分別安裝光源及光敏元件。當(dāng)碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時,每轉(zhuǎn)過一個縫隙就產(chǎn)生一次光線的明暗變化,再經(jīng)整形放大,可以得到一定幅值和功率的電脈沖輸出信號,脈沖數(shù)就等于轉(zhuǎn)過的縫隙數(shù)。將該脈沖信號送到計數(shù)器中去進(jìn)行計數(shù),從測得的數(shù)碼數(shù)就能知道碼盤轉(zhuǎn)過的角度。
為了判斷旋轉(zhuǎn)方向 ,可以采用兩套光電轉(zhuǎn)換裝置。令它們在空間的相對位置有一定的關(guān)系,從而保證它們產(chǎn)生的信號在 相位上相差1/4周期。
增量型編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管將編碼器的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)化為a相和b相脈沖的時序和相位關(guān)系。編碼器每轉(zhuǎn)還輸出一個z相脈沖以代表零位參考位。
如圖所示,a、b 兩點對應(yīng)兩個光敏接受管,a、b 兩點間距為 s2,編碼器的光柵間距分別為s0 和s1。
當(dāng)編碼器以某個速度勻速轉(zhuǎn)動時,輸出波形中的s0:s1:s2 比值與實際編碼器的s0:s1:s2相同。如果編碼器做變速運動,可以把它看成為多個運動周期的組合,那么每個運動周期輸出波形的s0:s1:s2 比值與實際編碼器的s0:s1:s2仍相同。
通過輸出波形可知每個運動周期的時序為
我們把當(dāng)前的a,b 輸出值保存下來,與下一個a,b 輸出值做比較,就可以得出編碼器的運動方向。用編碼器運動角位移除以所消耗的時間,就得到編碼器運動的角速度。
如果s0=s1,且s2=s0/2,1/4個運動周期就可以得到運動方向和位移角度,否則要1個運動周期才可以得到運動方向和位移角度。
綜上可知,可以通過判斷a相和b相的相位關(guān)系來判斷編碼器的正反轉(zhuǎn),通過z相脈沖獲得零位參考位。
關(guān)于增量型編碼器的一些技術(shù)參數(shù)如下:
分辨率:編碼器每轉(zhuǎn)提供的通或暗的刻線數(shù)叫分辨率,也稱解析分度或直接稱多少線。一般每轉(zhuǎn)分度5~10000線。
信號輸出:信號輸出形式有正弦波(電流或電壓)、方波(ttl/htl)等多種。其中ttl方波的形式為長線差分信號(對稱a+、a-;b+、b-;z+、z-)。
信號連接:編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、、計算機。形式有單相連接(用于單方向測速、計數(shù));ab兩相連接(用于雙向測速、計數(shù)及判斷方向);abz三相連接(用于帶參考位修正的位置測量);差分連接(用于遠(yuǎn)距離傳輸)。
增量型編碼器在角度測量和角速度測量中較絕對型編碼器具有廉價和簡易的優(yōu)點。但存在抗干擾能力較差、有零點累計誤差、接受設(shè)備停機需斷電記憶,開機需找參考位等問題。一般應(yīng)用在測速、測轉(zhuǎn)動方向、測移動角度、測相對距離等方面。














