光电式传感器光电编码器(课堂PPT)
合集下载
光电式传感器的组成原理ppt课件
光线强弱 影响放大倍数
光线增强 PN导通 负电压输入
I
光线增强 短路电路
增大
U0 2I RF
应用
光学量：光强、光照度、辐射、气体成分 几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误 差 力学量：应变、速度、加速度、振动、流量、密度 生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记
光电管研究光电效应
1.在光源灯固定L的情况下，画出光电管的伏安特性曲线 2.光源灯距离为L’（ L’>L）时的伏安特性曲线
光电式数字转速表
c ZTN 60
光电比色计
用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
受检样品
凸透镜 光源 凸透镜 标准样品
光电池
滤色
差值
滤色
差动放大器 显示仪表
光电池
光电式带材跑偏检测器
烟尘浊度监测仪
BG4
+12V
光电池触发电路
C2 C1 R1
+12V W
R4
R2
18 7
2 5G23
6
3 R3 4
5 C3 R5
-12V
光电池放大电路
路灯自动控制器
220V
CJD-10
路灯
8V C1 200μF
200Cμ2 F
R7 10kΩ
R1 470kΩ
R2 200kΩ
R3 10kΩ
R4
R5
100μF
4.3kΩ
平行 光源
烟道
光电 探测
放大
显示
刻度 校正
报警器
太阳能电池
调节控制器
阻塞二极管
太阳 电池 方阵
直 流 负 载
逆 变 器
《光电式传感器》课件
光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01
光电式传感器——光电编码器 PPT
光电编码器转速测量动画演示
绝对式光电编码器
M法测速（适合于高转速场合） m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s 时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ：
n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
转速测量
编码器每转产 生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则 转速（r/min)为: n = 60m1/（NT）
x＝t/360×
x
位置反馈
在数控机床中的应用
通过测量滚 珠丝杠的角位
移，间接获得
工作台的直线 位移x，构成位 置半闭环伺服 系统。
绝对式光电编码器
数控机床位置检测装置的分类
绝对式光电编码器
在伺服电机中的应用
伺服电机
编码器
应用方面：
•转子磁极位置测量 •角位移测量 •转速测量
绝对式光电编码器
转速测量
一转（360）
C
绝对式光电编码器
•绝对式编码器按照角 度直接进行编码，直 接用数字代码表示。
•绝对式光电编码器的编 码盘由透明及不透明区组 成，编码盘上码道的条数 就是数码的位数。
• 这种编码器的特点不是要计数器，而是在转轴的任意位置 都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
绝对式光电编码器
1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝； 5－光电元件
光敏元件所产 生的信号A、B 彼 此 相 差 90 相 位，用于辨向。 当码盘正转时， A信号超前B信 号90； 当码盘反转脉冲）
在码盘里圈，还有一条
狭缝C，每转能产生一个脉
冲，该脉冲信号又称“一
转信号”或零标志脉冲，
C
智能传感器技术之光电编码器课件
随着材料科学和制造工艺的进步，光电编码器的精度和可靠性将 得到进一步提升，能够满足更严格的应用需求。
智能化与集成化
智能传感器技术将与光电编码器进一步融合，实现编码器的智能化 和集成化，提高其自适应和自我诊断能力。
无线连接与远程监控
通过无线通信技术，光电编码器将能够实现远程监控和数据传输， 提高设备管理和维护的便捷性。
光电转换原理的核心在于光敏元件的响应特性，即在不同光照条件下，光敏元件 能够产生相应的电信号。
信号处理原理
信号处理原理是指对获取的原始电信号进行处理，以提取出 所需的信息。在光电编码器中，信号处理电路负责对光电转 换电路输出的电信号进行处理。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、整形电路等，用于 对原始电信号进行放大、滤波和整形，以便后续的解码和计 数。
工作原理
光电编码器主要由光源、光敏元件、光电码盘和信号处理电路组成。当码盘转 动时，光敏元件接收到的光线会发生变化，从而产生电信号，经过信号处理电 路处理后输出相应的数字或脉冲信号。
光电编码器的分类与特点
分类
根据码盘的不同，光电编码器可分为 绝对式和增量式两种。绝对式编码器 具有唯一对应的输出码，而增量式编 码器则输出脉冲信号。
CHAPTER 03
光电编码器的性能指标
分辨率与精度
分辨率
光电编码器能够检测到的最小角度变 化量，通常以度（°）或弧度（rad） 为单位。分辨率越高，检测角度变化 的能力越强。
精度
光电编码器实际测量的角度值与真实 角度值的偏差程度。精度越高，测量 结果越准确。
工作环境要求
工作温度
光电编码器正常工作的环 境温度范围，通常为20°C至70°C。
采用屏蔽电缆、远离干扰源等措施，减少信 号干扰。
智能化与集成化
智能传感器技术将与光电编码器进一步融合，实现编码器的智能化 和集成化，提高其自适应和自我诊断能力。
无线连接与远程监控
通过无线通信技术，光电编码器将能够实现远程监控和数据传输， 提高设备管理和维护的便捷性。
光电转换原理的核心在于光敏元件的响应特性，即在不同光照条件下，光敏元件 能够产生相应的电信号。
信号处理原理
信号处理原理是指对获取的原始电信号进行处理，以提取出 所需的信息。在光电编码器中，信号处理电路负责对光电转 换电路输出的电信号进行处理。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、整形电路等，用于 对原始电信号进行放大、滤波和整形，以便后续的解码和计 数。
工作原理
光电编码器主要由光源、光敏元件、光电码盘和信号处理电路组成。当码盘转 动时，光敏元件接收到的光线会发生变化，从而产生电信号，经过信号处理电 路处理后输出相应的数字或脉冲信号。
光电编码器的分类与特点
分类
根据码盘的不同，光电编码器可分为 绝对式和增量式两种。绝对式编码器 具有唯一对应的输出码，而增量式编 码器则输出脉冲信号。
CHAPTER 03
光电编码器的性能指标
分辨率与精度
分辨率
光电编码器能够检测到的最小角度变 化量，通常以度（°）或弧度（rad） 为单位。分辨率越高，检测角度变化 的能力越强。
精度
光电编码器实际测量的角度值与真实 角度值的偏差程度。精度越高，测量 结果越准确。
工作环境要求
工作温度
光电编码器正常工作的环 境温度范围，通常为20°C至70°C。
采用屏蔽电缆、远离干扰源等措施，减少信 号干扰。
光电式传感器课件PPT
4
9.1.2 光电式传感器的基本形式
光电传感器可用来测量光学量或已转换为光学 量的其他被测量，输出电信号。测量光学量时， 光电器件作为敏感元件使用；测量其他物理量 是，作为转换元件使用。
由光路及电路两大部分组成 1）光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 2）电路部分完成从光信号到电信号的转换
5
四种基本形式 ▲▲
按测量光路组成来看，光电传感器分为： 透射式、反射式、辐射式、开关式
发光元件
窗 光敏元件 壳体
（d）
导线
6
（1）透射式光电传感器 ①工作原理：利用光源发出一恒定光通量的光，并使之穿过
被测对象，其中部分光被吸收，而其余的光则到达光敏元 件上，转换为电信号输出。根据被测对象吸收光通量的多 少就可确定出被测对象的特性，光敏器件上输出的光电流 是被测对象所吸收光通量的函数。 ②用途：测量液体、气体、固体的透明度、浑浊度等参数。
7
（2）反射式光电传感器 ①工作原理：将恒定光源发出的光投射到被测对
象上，用光电器件接受其反射光通量，反射光 通量的变化反映出被测对象的特性。 ②应用：通过光通量变化的大小，可以反映出被 测物体的表面光洁度；通过光通量的变化频率， 可以反映出被测物体的转速。
8
（3）辐射式光电传感器 工作原理：利用光电器件接收被测对象辐 射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参 量（例如温度）的高低有关。
光窗 （a)结构
Uo （b)测量电路
15
（2）外光电效应型光电器件主要性能：光电器件的 性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时 间、峰值探测率和温度特性等来描述。▲▲
①光电管的伏安特性 ：在一定的光照下，对光电器件的 阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电 管的伏安特性。
9.1.2 光电式传感器的基本形式
光电传感器可用来测量光学量或已转换为光学 量的其他被测量，输出电信号。测量光学量时， 光电器件作为敏感元件使用；测量其他物理量 是，作为转换元件使用。
由光路及电路两大部分组成 1）光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 2）电路部分完成从光信号到电信号的转换
5
四种基本形式 ▲▲
按测量光路组成来看，光电传感器分为： 透射式、反射式、辐射式、开关式
发光元件
窗 光敏元件 壳体
（d）
导线
6
（1）透射式光电传感器 ①工作原理：利用光源发出一恒定光通量的光，并使之穿过
被测对象，其中部分光被吸收，而其余的光则到达光敏元 件上，转换为电信号输出。根据被测对象吸收光通量的多 少就可确定出被测对象的特性，光敏器件上输出的光电流 是被测对象所吸收光通量的函数。 ②用途：测量液体、气体、固体的透明度、浑浊度等参数。
7
（2）反射式光电传感器 ①工作原理：将恒定光源发出的光投射到被测对
象上，用光电器件接受其反射光通量，反射光 通量的变化反映出被测对象的特性。 ②应用：通过光通量变化的大小，可以反映出被 测物体的表面光洁度；通过光通量的变化频率， 可以反映出被测物体的转速。
8
（3）辐射式光电传感器 工作原理：利用光电器件接收被测对象辐 射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参 量（例如温度）的高低有关。
光窗 （a)结构
Uo （b)测量电路
15
（2）外光电效应型光电器件主要性能：光电器件的 性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时 间、峰值探测率和温度特性等来描述。▲▲
①光电管的伏安特性 ：在一定的光照下，对光电器件的 阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电 管的伏安特性。
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。 光子是具有一定能量的微粒，是以光速 运动的粒子流。每一个光子都具有一定 的能量，它的能量大小E与其频率 成正 比。
Eh hc
3
9.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
传感器技术第6讲光电式传感器幻灯片PPT
一、光敏电阻传感器
(三)光敏电阻的根本特性
3．温度特性 温度变化影响光敏电阻的光
谱响应，同时，光敏电阻的灵 敏度和暗电阻都要改变，尤其 是响应于红外区的硫化铅光敏 电阻受温度影响更大。
第一节 光电器件的根本概念
二、光敏二极管和光敏晶体管
(一)光敏二极的管构造 光敏二极管的构造与一般二极管相似。它装在透明玻
2、用途 主要用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光
照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成 光量变化的其他非电量，如零件直径、外表粗糙度、应变、 位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的 识别等。
第6课 光电式传感器
3、特点
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠 等特点。
影响较大
影响较小
第一节 光电器件的根本概念
二、光敏二极管和光敏晶体管
(四) 根本特性
几种硅光电二极管的特性参数
型号或名称
2DU
2CU
光谱范围 峰值波长
0.4～1.1
0.9
0.4～1.1
0.9
灵敏度
>0.4
>0.5
响应时间
10-7
10-7
探测本领
最小可探测 功率
Pmin=10 8W
Pmin=10—0W
传感器技术第6讲光电式传 感器幻灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
第6课 光电式传感器
1、什么是光电式传感器？ 以光电器件作为转换元件的传感器称光电式传感器。
(三)光敏电阻的根本特性
3．温度特性 温度变化影响光敏电阻的光
谱响应，同时，光敏电阻的灵 敏度和暗电阻都要改变，尤其 是响应于红外区的硫化铅光敏 电阻受温度影响更大。
第一节 光电器件的根本概念
二、光敏二极管和光敏晶体管
(一)光敏二极的管构造 光敏二极管的构造与一般二极管相似。它装在透明玻
2、用途 主要用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光
照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成 光量变化的其他非电量，如零件直径、外表粗糙度、应变、 位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的 识别等。
第6课 光电式传感器
3、特点
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠 等特点。
影响较大
影响较小
第一节 光电器件的根本概念
二、光敏二极管和光敏晶体管
(四) 根本特性
几种硅光电二极管的特性参数
型号或名称
2DU
2CU
光谱范围 峰值波长
0.4～1.1
0.9
0.4～1.1
0.9
灵敏度
>0.4
>0.5
响应时间
10-7
10-7
探测本领
最小可探测 功率
Pmin=10 8W
Pmin=10—0W
传感器技术第6讲光电式传 感器幻灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
第6课 光电式传感器
1、什么是光电式传感器？ 以光电器件作为转换元件的传感器称光电式传感器。
《光电编码器》课件
应用案例二
工业自动化：用于控制机械臂、机器人等设备的运动 医疗设备：用于控制医疗设备的精确定位和运动 航空航天：用于控制航天器的姿态和运动 汽车电子：用于控制汽车电子设备的运动和定位
应用案例三
工业自动化：用于 控制机械臂、机器 人等设备的运动
医疗设备：用于 医疗设备的精确 定位和运动控制
航空航天：用于 航天器的姿态控 制和导航系统
光电编码器的市 场分析
市场需求
光电编码器广泛 应用于工业自动 化、机器人、医 疗设备等领域
随着工业4.0和 智能制造的发展， 光电编码器的市 场需求不断增长
光电编码器在精 度、稳定性、可 靠性等方面具有 优势，受到市场 青睐
光电编码器市场 竞争激烈，需要 不断创新和优化 产品性能，提高 市场竞争力
额
竞争策略：价 格战、技术战、
品牌战等
发展趋势：智 能化、小型化、
高精度等
市场规模和增长率
光电编码器市场 规模：全球市场 规模约100亿美 元
增长率：预计未 来五年内，光电 编码器市场将以 5%的复合增长 率增长
应用领域：主要 应用于工业自动 化、机器人、医 疗设备等领域
竞争格局：市场 竞争激烈，主要 厂商包括SICK、 Balluff、 Omron等
市场拓展：扩大 光电编码器的应 用领域，如工业 自动化、机器人、 医疗设备等
合作共赢：加强 与上下游企业的 合作，共同推动 光电编码器的发 展
环保节能：注重 光电编码器的环 保性能，降低能 耗，提高能源利 用率
光电编码器的案 例分析
应用案例一
案例名称：智能机器人 应用领域：工业自动化 应用原理：光电编码器用于机器人关节角度测量 应用效果：提高机器人定位精度和稳定性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
9
2020/5/10
A B
90 A B
光敏元件所产 生的信号A、B 彼 此 相 差 90 相 位，用于辨向。 当码盘正转时， A信号超前B信 号90； 当码盘反转时， B信号超前A信 号90。
10
2020/5/10
在码盘里圈，还有一条
狭缝C，每转能产生一个脉
冲，该脉冲信号又称“一
转信号”或零标志脉冲，
缺点：结构复杂，价格高，光源寿命 短等。
主要用于角度控制、定位、测长。
24
预习 光光栅栅位位移移传传感感器器 内容
2020/5/10
25
12
2020/5/10
1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝； 5－光电元件
13
2020/5/10
导电为“1”，非导电为“0”
DB
RDB
R
二进 格雷 制码
二进 格雷 制码
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
C
作为测量的起始基准。
一转（360）
C
11
•绝对式编码器按照角 度直接进行编码，直 接用数字代码表示。
•绝对式光电编码器的编 码盘由透明及不透明区组 成，编码盘上码道的条数 就是数码的位数。
• 这种编码器的特点不是要计数器，而是在转轴的任意位置
2020/5/10
都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
7－转轴
8－零位标记槽
2020/5/10
7
2020/5/10
8
2020/5/10
＝360°／条纹数
＝360°／1024 ＝0.352°
输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应
一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N
如： ＝0.352，脉冲N＝1000， 则： ＝ 0.352×1000＝ 352
增量式编码器
信号性质
绝对式编码器
2020/5/10
脉冲 二进制编码
电信号
3
拉线式编码器
主轴编码器
主轴编码器
多圈编码器
轴式编码器
套式编码器
2020/5/10
4
2020/5/10
5
增量式编码器
绝对式编码器
2020/5/10
6
每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，它能够产生
与位移增量等值的脉冲信号。
3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
14
单圈
多圈
分辨率 2n
8位=256 10位=1024 21位=2097152
n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
2020/5/10
转速测量
编码器每转产 生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则 转速（r/min)为: n = 60m1/（NT）
21
T法测速（适合于低转速场合）
编码器输 出脉冲
m2
时钟脉冲fc
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两 个 相 邻 脉 冲 之 间 的 脉 冲 数 为 3000 ， 时 钟 频 率 fc 为 1MHz ，则转速（r/min)为 ：
它是相对于某个基准点l2－－的均LE匀D相光分源对布透位光槽置的增编码量盘，不能够直接检测出轴
3－光栏板上狭缝
光栏板上的两个狭缝距离是码
的绝对位置信息。
4－sin信号接收器 5－cos信号接收器
盘上的两个狭缝距离的（m +1/4） 倍，m 为正整数，并设置了两组光
6－零位读出光电元件
敏元件A、B，又称为sin、cos元件。
17
数控机床位置检测装置的分类
类 型 增量式
数字式 绝对式
增量式
模拟式 绝对式
回 增量式光电脉冲编码器、 绝对式光电脉冲编码器 旋转变压器、圆形感应同 多级旋转变压器、三速
转 圆光栅 型
步器、圆形磁尺
圆形感应同步器
直 计量光栅、激光干涉光 多通道投射光栅 线栅 型
直线型感应同步光栅
三速直线型感应同步器、 绝对值式磁尺
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。
2020/5/10
15
2020/5/10
16
t为丝杠转动一整圈，工作台的位移
x＝t/360×
x
2020/5/10
位置反馈
在数控机床中的应用
通过测量滚 珠丝杠的角位
移，间接获得
工作台的直线 位移x，构成位 置半闭环伺服 系统。
光电编码器
——光电式传感器
2
1
光电式传感器： 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。 其工作原理基于光电效应。
发光原件： 发光二极管等
光电原件： 光电二极管，光电三极管，光敏电阻等
2020/5/10
2
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或 转动角度转换成 脉冲 或 数字量 的传感器。
22
转速应用举例
2020/5/10
23
增量式 光电编码器
优点：原理构造简单、易于实现；机 械平均寿命长，可达到几万小时以上； 分辨率高；抗干扰能力较强，信号传 输距离较长，可靠性较高。
缺点：它无法直接读出转动轴的绝对 位置信息。
主要用于测速
2020/5/10
绝对式 光电编码器
优点：可以直接读出角度坐标的绝对 值；没有累积误差；电源切除后位置 信息不会丢失；编码器的精度取决于 位数；最高运转速度比增量式光电编 码器高。
n = 60fc /（Nm2 ） =60×106/（1024×3000）=19.53 r/min
2020/5/10
转速测量
编码器每转产生 N 个脉冲，用已知 频率fc作为时钟，填 充到编码器输出的 两个相邻脉冲之间 的 脉 冲 数 为 m2 ， 则 转速(r/min)为：
n = 60fc / （Nm2 ）
2020/5/10
18
在伺服电机中的应用
伺服电机
2020/5/10
编码器
应用方面：
•转子磁极位置测量 •角位移测量 •转速测量
19
转速测量
光电编码器转速测量动画演示
2020/5/10
20
M法测速（适合于高转速场合） m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s 时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ：
2020/5/10
A B
90 A B
光敏元件所产 生的信号A、B 彼 此 相 差 90 相 位，用于辨向。 当码盘正转时， A信号超前B信 号90； 当码盘反转时， B信号超前A信 号90。
10
2020/5/10
在码盘里圈，还有一条
狭缝C，每转能产生一个脉
冲，该脉冲信号又称“一
转信号”或零标志脉冲，
缺点：结构复杂，价格高，光源寿命 短等。
主要用于角度控制、定位、测长。
24
预习 光光栅栅位位移移传传感感器器 内容
2020/5/10
25
12
2020/5/10
1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝； 5－光电元件
13
2020/5/10
导电为“1”，非导电为“0”
DB
RDB
R
二进 格雷 制码
二进 格雷 制码
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
C
作为测量的起始基准。
一转（360）
C
11
•绝对式编码器按照角 度直接进行编码，直 接用数字代码表示。
•绝对式光电编码器的编 码盘由透明及不透明区组 成，编码盘上码道的条数 就是数码的位数。
• 这种编码器的特点不是要计数器，而是在转轴的任意位置
2020/5/10
都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
7－转轴
8－零位标记槽
2020/5/10
7
2020/5/10
8
2020/5/10
＝360°／条纹数
＝360°／1024 ＝0.352°
输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应
一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N
如： ＝0.352，脉冲N＝1000， 则： ＝ 0.352×1000＝ 352
增量式编码器
信号性质
绝对式编码器
2020/5/10
脉冲 二进制编码
电信号
3
拉线式编码器
主轴编码器
主轴编码器
多圈编码器
轴式编码器
套式编码器
2020/5/10
4
2020/5/10
5
增量式编码器
绝对式编码器
2020/5/10
6
每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，它能够产生
与位移增量等值的脉冲信号。
3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
14
单圈
多圈
分辨率 2n
8位=256 10位=1024 21位=2097152
n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
2020/5/10
转速测量
编码器每转产 生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则 转速（r/min)为: n = 60m1/（NT）
21
T法测速（适合于低转速场合）
编码器输 出脉冲
m2
时钟脉冲fc
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两 个 相 邻 脉 冲 之 间 的 脉 冲 数 为 3000 ， 时 钟 频 率 fc 为 1MHz ，则转速（r/min)为 ：
它是相对于某个基准点l2－－的均LE匀D相光分源对布透位光槽置的增编码量盘，不能够直接检测出轴
3－光栏板上狭缝
光栏板上的两个狭缝距离是码
的绝对位置信息。
4－sin信号接收器 5－cos信号接收器
盘上的两个狭缝距离的（m +1/4） 倍，m 为正整数，并设置了两组光
6－零位读出光电元件
敏元件A、B，又称为sin、cos元件。
17
数控机床位置检测装置的分类
类 型 增量式
数字式 绝对式
增量式
模拟式 绝对式
回 增量式光电脉冲编码器、 绝对式光电脉冲编码器 旋转变压器、圆形感应同 多级旋转变压器、三速
转 圆光栅 型
步器、圆形磁尺
圆形感应同步器
直 计量光栅、激光干涉光 多通道投射光栅 线栅 型
直线型感应同步光栅
三速直线型感应同步器、 绝对值式磁尺
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。
2020/5/10
15
2020/5/10
16
t为丝杠转动一整圈，工作台的位移
x＝t/360×
x
2020/5/10
位置反馈
在数控机床中的应用
通过测量滚 珠丝杠的角位
移，间接获得
工作台的直线 位移x，构成位 置半闭环伺服 系统。
光电编码器
——光电式传感器
2
1
光电式传感器： 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。 其工作原理基于光电效应。
发光原件： 发光二极管等
光电原件： 光电二极管，光电三极管，光敏电阻等
2020/5/10
2
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或 转动角度转换成 脉冲 或 数字量 的传感器。
22
转速应用举例
2020/5/10
23
增量式 光电编码器
优点：原理构造简单、易于实现；机 械平均寿命长，可达到几万小时以上； 分辨率高；抗干扰能力较强，信号传 输距离较长，可靠性较高。
缺点：它无法直接读出转动轴的绝对 位置信息。
主要用于测速
2020/5/10
绝对式 光电编码器
优点：可以直接读出角度坐标的绝对 值；没有累积误差；电源切除后位置 信息不会丢失；编码器的精度取决于 位数；最高运转速度比增量式光电编 码器高。
n = 60fc /（Nm2 ） =60×106/（1024×3000）=19.53 r/min
2020/5/10
转速测量
编码器每转产生 N 个脉冲，用已知 频率fc作为时钟，填 充到编码器输出的 两个相邻脉冲之间 的 脉 冲 数 为 m2 ， 则 转速(r/min)为：
n = 60fc / （Nm2 ）
2020/5/10
18
在伺服电机中的应用
伺服电机
2020/5/10
编码器
应用方面：
•转子磁极位置测量 •角位移测量 •转速测量
19
转速测量
光电编码器转速测量动画演示
2020/5/10
20
M法测速（适合于高转速场合） m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s 时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ：