光电编码器原理与维修讲课教案
光电编码器原理课件
光电编码器原理课件光电编码器光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&or dm;的两路脉冲信号。
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
(REP)1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，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。
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。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。
绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
光电编码器原理课件
光电编码器原理课件光电编码器 光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上 的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传 感器。
这是目前应用最多的传感器,光电编码 器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是 在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方 形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋 转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极 管等电子元件组成的检测装置检测输出若干 脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲 的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为 判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&or dm;的两路脉冲信号。
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁 式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号 输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式 三种。
(REP)1.1增量式编码器111 l=J 1=增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、和Z相；A、B两组脉冲相位差9Oº,从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，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。
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。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。
绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
光电编码器原理与维修讲解
高精度的光电编码器的结构及原理2009年06月12日星期五8:48本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。
根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、 (1111)图1按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。
当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器 Increamental Optical-electrical Encoder增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。
它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。
光电编码器基础知识培训 ppt课件
到的脉冲数就反应出了编码器运行 的速度，包括速率和方向。
磁极信号（UVW信号）： 由U、V、W等信号组成可以代
替电机中的电刷切换电机的磁极电 流方向。用来控制电机的运行。
•相位阵技术 • 相位阵技术就是将光电池高度集成在ASIC芯片上，差动 信号（A或B）的接收部分是由数百个微小单元光电池集成 在一起，各单元光电池分布在不同的位置，其相位和波形 通过阵列运算的方式，把模糊信号处理成高灵敏度标准源 信号。相位阵ASIC芯片由多层电路组成，除表面的高灵敏 度光电池阵列外，下层还集成实时阵列运算电路、虚拟定 光栅、正弦信号生成电路、电压比较器、积分放大器、相 位稳定电路、倍频电路等，从而简化了编码器电路处理过 程。 • 丹纳赫采用的就是相位阵技术，ASIC是从美国ETIC （East Texas Integrated Circuits）购买的，它集成了指示 光栅、信号处理电路、倍频电路等，具有较高的耐温特性 和较高的响应频率还有很好的抗干扰特性。
UVW ASIC ABZ ASIC
正在发光的LED、 Lens组合件
码盘
111870-0002 LED、Lens组合件
ABZ ASIC 整体放大图
ASIC的局部放大图
UVW ASIC 整体放大图
LED整体放大图
Disk 码道部分放大图
合格的ABZ信号
合格的UVW信号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 附录 ：信号倍频的原理
附录 ：模拟信号积分放大的原理
光电编码器信号产生流程 光源LED 透镜Lens 指示光栅 码盘Disk
接受器ASIC 整形电路 客户
信号的形式
发散的红外光 平行的红外光 编码后的平行红外光 能反应运动状态的编码平行红外光 能反应运动状态的电脉冲信号 有驱动能力且能反应运动状态的电脉
光电编码器的原理及应用(高教知识)
影响而产生位置错误，于是就有了绝对值编码器的出现。
全面分析
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绝对式旋转编码器
• 用光信号扫描分度盘（分度盘与传动轴相 联）上的格雷码或二进制码刻度盘以确定 被测物的绝对位置值，然后将检测到的格 雷码或二进制码数据转换为电信号以脉冲 的形式输出测量的位移量
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4
增量式旋转编码器
增量式旋转编码器用光信号扫描码盘（码与转动轴相联）， 通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度。
工作原理：光学编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形 通、暗的刻线，当圆盘旋转一个节距时，在发光元件照射下，光 敏元件得到A，B信号为具有90度相位差的正弦波，这组信号经放 大器放大与整形，得到的输出方波，A相比B相超前90度，其电压 幅值一般为5V。当A相超前前B相时为正方向旋转，若B相超前A相 时即为负方向旋转，利用A相与B相的相位关系可以判别编码器的 的正转与反转，Z相产生的脉冲为基准脉冲，又称零点脉冲，它 是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲，可获得编码器的零位 参考位。
光电编码器的原理及 应用
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1
光电编码器的定义
• 光电编码器是利用光电效应原理，将角度、 位置、转速等物理量转化为电气信号并加 以输出的一种传感器。
• 光电编码器在工业控制和自动化领域应用 非常广泛。适用于测量的物理量有：速度； 长度；角度；位置
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2
光电编码器的分类
按测量方式的分类： • 旋转编码器 • 直尺编码器
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9
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10
倍频原理： 对于方波信号，A,B两相相差90度 相（1/4T），这样，在0度相位角，90度，180 度，270度相位角,这四个位置有上升沿和下降 沿，这样,实际上在1/4T方波周期就可以有角度 变化的判断，这样1/4的T周期就是最小测量步 距，通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断, 可以4倍于PPR读取角度的变化,这就是方波的四 倍频。这种判断，也可以用逻辑来做，0代表低 ，1代表高，A/B两相在一个周期内变化是0 0， 0 1，1 1，1 0 。这种判断不仅可以4倍频，还可 以判断旋转方向。
光电编码器基础知识培训 PPT
应出当前编码器的运行状态。 如：在单位时间内，用户接受
到的脉冲数就反应出了编码器运行 的速度，包括速率和方向。
磁极信号（UVW信号）： 由U、V、W等信号组成可以代
替电机中的电刷切换电机的磁极电 流方向。用来控制电机的运行。
•相位阵技术 • 相位阵技术就是将光电池高度集成在ASIC芯片上，差动 信号（A或B）的接收部分是由数百个微小单元光电池集成 在一起，各单元光电池分布在不同的位置，其相位和波形 通过阵列运算的方式，把模糊信号处理成高灵敏度标准源 信号。相位阵ASIC芯片由多层电路组成，除表面的高灵敏 度光电池阵列外，下层还集成实时阵列运算电路、虚拟定 光栅、正弦信号生成电路、电压比较器、积分放大器、相 位稳定电路、倍频电路等，从而简化了编码器电路处理过 程。 • 丹纳赫采用的就是相位阵技术，ASIC是从美国ETIC （East Texas Integrated Circuits）购买的，它集成了指示 光栅、信号处理电路、倍频电路等，具有较高的耐温特性 和较高的响应频率还有很好的抗干扰特性。
UVW ASIC ABZ ASIC
正在发光的LED、 Lens组合件
码盘
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
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ABZ ASIC 整体放大图
ASIC的局部放大图
UVW ASIC 整体放大图
LED整体放大图
Disk 码道部分放大图
合格的ABZ信号
合格的UVW信号
光电编码器信号产生流程 光源LED 透镜Lens 指示光栅 码盘Disk
接受器ASIC 整形电路 客户
信号的形式
发散的红外光 平行的红外光 编码后的平行红外光 能反应运动状态的编码平行红外光 能反应运动状态的电脉冲信号 有驱动能力且能反应运动状态的电脉
智能传感器技术之光电编码器课件
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。
第二十一讲光电编码器种类及其工作原理
自整角机放大系数Kbs＝ 1.25V/(º)，BSR输
出交流电压Ubs是角差的正弦函数，当角差
很 小 时 ， 近 似 与 角 差 成 正 比 ， 即 Ubs ＝
KbsΔθm （当
m）。10
• 将Ubs整流成直流电压时须反映Δθm的极性。
因此采用相敏整流器URP，URP、电压放大 器 A 、 电 力 电 子 变 换 器 UPE 的 总 增 益 KrpKaKs=200 ， 自 整 角 机 本 身 的 检 测 误 差 ed=0.5º，当输入轴以最高转速 m 200 /旋s 转， 负载转矩为20Nm，求该系统的稳态误差。
表4－2 绝对值式码盘轴位置与数码对照表
轴的位置 二进制码 循环码 轴的位置 二进制码 循环码
0
0000
0000
8
1000 1100
1
0001
0001
9
1001 1101
2
0010
0011
10
1010 1111
3
0011
0010
11
1011 1110
4
0100
0110
12
1100 1010
5
0101
第二十一讲
要求：1.了解光电编码器种类及其工作原理
2.了解位置随动系统误差种类，掌握不同 类型系统在给定输入信号下误差；
3.了解三闭环系统的构成及其调节器设计 原则；
4.理解位置调节和转速计算中断服务子程 序；
• ③光电编码器
• 由光源、光栅码盘和光敏元件组成，直接
输出数字式电脉冲信号，是主要使用的数 字式位置传感器，结构见图3－10
0.837A
• ④系统的静态结构框图：
光电编码器的原理及常见故障分析--孟钦
技术论文题目：光电编码器的原理及常见故障分析单位：设备处数控一站姓名：孟钦日期：2009年11月4号光电编码器是将角位移转换为数字编码的一种传感器，其与数字系统连接，将输入量转换成数字量输出。
光电编码器具有分别率高、抗干扰能力强、便于计算机处理等优点。
一、光电编码器的结构：光电编码器主要是由光源、柱面镜、码盘、狭缝、光电元件组成。
光电编码器中将被测机械部件的转角转换成电信号（数字量）的主要部件是码盘。
码盘是一块圆形光学玻璃，其上面刻有许多同心码道，每圈码道上都有按一定规律排列的透光部分和不透光部分，即亮区和暗区。
二、光电编码器的工作原理：它是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的，即由不同等分的明暗相间的条纹，通过光电元件取得角度位置的二进制数字信号，最后进行解码取得角度位置的绝对值或相对值。
光电编码器由光源，码盘和光电接收器所组成。
码盘是编码器中的最重要的器件，它是在一定直径的圆板上等分地开通了若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，码盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号。
其原理示意图如图1所示：二、光电编码器的分类：根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据光电编码器的工作原理（其刻度方法及信号输出形式），可分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器及混合式光电编码器。
分别介绍如下：（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图2是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
分钟学会光电编码器
优点: - 分辨能力强
- 测量范围大 (100-10.000 inc./rotational
motion) - 适应大多数情况
缺点: - 断电后丢失位置信号
- 技术专有，兼容性较差
光电编码器培训教程
编码器的安装与连接
Connection of absolute encoder AV1Y to MOVIDRIVE inverter with DPA11 option 通过DPA11接口连接绝 对编码器与变换器
Connection of absolute encoder AV1Y to MOVIDRIVE inverter with DIP11 option 通过DIP11接口连接绝 对编码器与变换器
损坏输出电路 ❖ 编码器的信号线不要接到直流电源上
或交流电流上，以免损坏输出电路 ❖ 与编码器相连的电机等设备，应接地
良好，不要有静电
光电编码器培训教程
旋转编码器的安装
电气方面： ❖ 配线时应采用屏蔽电缆 ❖ 开机前，应仔细检查，产品说明书与
编码器型号是否相符，接线是否正确 ❖ 长距离传输时，应考虑信号衰减因素，
TTL 信号有零点与取消信号 HTL 信号只有零点没有取消信号
用正弦或余弦信号分辨的 增量编码器
用正弦或余弦信号表示零点与角度
光电编码器培训教程
增量式旋转编码器的特点：
❖ 编码器每转动一个预先设定的角度将 输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信 号的数量来计算旋转的角度，因此编 码器输出的位置数据是相对的
备，所以编码器轴与用户端输出轴之 间需要采用弹性软连接，以避免因用 户轴的串动、跳动而造成编码器轴系 和码盘的损坏
最新光电编码器原理与维修资料
高精度的光电编码器的结构及原理2009年06月12日星期五8:48本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。
根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”精品文档来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、 (1111)图1精品文档按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。
当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器 Increamental Optical-electrical Encoder增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。
它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。
《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
光电编码器原理结构与检修技改
ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｓ ｐ ｉ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｒ ＴＧｓ ｏ ｆ Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ Ｐ ｏ ｒ ｔ Ｂｅ ｉ ｌ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ
ＺＨＡＮＧ Ｚｈｏ ｎ ｇ ｈｕａ
（ Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ Ｂｅ ｉ ｌ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ３ １ ５ ８ ０ ０ ，Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
位 置信 息 。
光栅 盘是 在 一定 直径 的 圆板上 ，等分地 开通 若 干 个 长方形 孔 。由于光 电码 盘 与 电动机 同轴 ，电动 机旋 转 时 ，光栅 盘与 电动 机 同速 旋转 ，经 发光 二 极 管等 电子 元件 组成 的检测装 置 ，检 测输 出若 干
Ｈ Ｕ Ｂ Ｎ Ｅ Ｒ增量 式 Ｐ Ｏ Ｇ １ ０ Ｄ Ｎ １ ０ ２ ４ Ｉ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 转换 成脉冲 或数 字量 的传 感器 。这 是 目
目前 在港 口码 头 上使 用 的集装 箱桥 吊、场 地
龙 门 吊， 电控 系 统 中的测 速传 感器 ，从可 靠性 和
脉 冲信 号 。通 过计 算每 秒 光 电编 码器 输 出脉 冲 的
个 数 ，就 能反 映 当前 电动机 的转 速 。光 电增量 式
稳定 性考 虑 ，一般 都 首选 德 国与 日本等 国家生 产 的编 码器 ， 如 德 国的 Ｈ Ｕ Ｂ Ｎ Ｅ Ｒ系列 编码器 和 日本森 泰克 Ｓ Ｕ Ｍ Ｔ Ａ Ｋ系列编 码器 。
光电编码器原理结构与故障检修研究
光电编码器原理结构与故障检修研究光电编码器是一种高精度计量的光栅检测元件的数字化测角设备，在当下信息自动化发展迅速的时代，应用极其广泛。
为了深入了解光电编码器的原理结构以及故障检修的方式，本篇文章从光电编码器的分类开始，介绍了其工作原理，之后通过国外内的光电编码器故障诊断以及检修的方式，从而对较有代表性的故障诊断技术进行了深入分析与比较，总而总结出了各类问题的诊断以及检修方式，从而揭示光电编码器诊断方法向自动化、便携化、动态监测以及多技术融合等方向发展的趋势。
标签：光电编码器;原理结构;故障检修前言高分子辨力光电轴角编码器是一种光、机、电为一体的精密的数字测角装置。
它通过高精度计量圆光栅为测量元件，通过空间角的位移从而转化成电子信息传输，与计算机显示装置进行连接，从而实现动态以及数字控制的功能。
其主要特点是精度高且能耗较小，测量范围与种类较多、抗干扰能力强等。
在我国重工业以及国防和科研方面具有广泛的应用。
随着我国高新技术产业的不断发展，测控技术的成本以及复杂性越来越高，光电编码器的任何微小的差错都可能会对整个系统与项目造成毁灭性打击。
据此，根据光电编码器的准确性以及高效性就有了更高的要求，从而快速检查并修复光电编码器的相应故障与问题，是提高整个系统稳定性最重要的内容。
1.光电编码器的分类光电编码器按照种类可以分为增量式以及绝对式两种。
其中增量式编码器通过累计码盘，从而在转动过程中输出一定的信息增量，将二进制的信息转化成实际的角度值，从而得到所测量的转角值。
绝对式编码器的码盘单一位置对应单一的数字代码。
增量式编码器结构与其他种类的编码器相比，结构较为简单并且容易实现细小操作，但在电量维持不足后容易造成数据的丢失现象，从而形成了一定的误差。
而对于绝对式编码器则具有固定的零位，其传输的代码也是单值函数，抗干扰能力较强，并且在电量不足之后也不用重新进行系统的标定，没有增量式编码器的累积误差的优点，但是缺点是制造工艺较为复杂，并且不能进行细小且细微的工作内容[1]。
光电编码器的原理及应用共64页PPT
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
光电编码器的原理及应用 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
光电编码器的工作原理和应用电路
光电编码器的工作原理和应用电路1 光电编码器的工作原理光电编码器(Optical Encoder)俗称“单键飞梭”，其外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备(如显示器、示波器等)用它作为人机交互接口。
下面以美国Greyhill公司生产的光电编码器为例，介绍其工作原理及使用方法。
光电编码器的内部电路如图1所示，其内部有1个发光二极管和2个光敏三极管。
当左右旋转旋钮时，中间的遮光板会随旋钮一起转动，光敏三极管就会被遮光板有次序地遮挡，A、B相就会输出图2所示的波形；当按下旋钮时，2、3两脚接通，其用法同一般按键。
当顺时针旋转时，光电编码器的A相相位会比B相超前半个周期；反之，A相会比B相滞后半个周期。
通过检测A、B两相的相位就可以判断旋钮是顺时针还是逆时针旋转，通过记录A或B相变化的次数，就可以得出旋钮旋转的次数，通过检测2、3脚是否接通就可以判断旋钮是否按下。
其具体的鉴相规则如下：1.A为上升沿，B=0时，旋钮右旋；2.B为上升沿，A=l时，旋钮右旋；3.A为下降沿，B=1时，旋钮右旋；4.B为下降沿，A=O时，旋钮右旋；5.B为上升沿，A=0时，旋钮左旋；6.A为上升沿，B=1时，旋钮左旋；7.B为下降沿，A=l时，旋钮左旋；8.A为下降沿，B=0时，旋钮左旋。
通过上述方法，可以很简单地判断旋钮的旋转方向。
在判断时添加适当的延时程序，以消除抖动干扰。
2 WinCE提供的驱动模型WinCE操作系统支持两种类型的驱动程序。
一种为本地驱动程序，是把设备驱动程序作为独立的任务实现的，直接在顶层任务中实现硬件操作，因此都有明确和专一的目的。
本地设备驱动程序适合于那些集成到Windows CE平台的设备，诸如键盘、触摸屏、音频等设备。
另一种是具有定制接口的流接口驱动程序。
它是一般类型的设备驱动程序。
流接口驱动程序的形式为用户一级的动态链接库(DLL)文件，用来实现一组固定的函数称为“流接口函数”，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。
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高精度的光电编码器的结构及原理2009年06月12日星期五8:48本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。
根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”只供学习与交流来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、 (1111)图1只供学习与交流按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。
当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器 Increamental Optical-electrical Encoder增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。
它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。
工作时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通只供学习与交流过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差90o的近似正弦信号，再由逻辑电路形成转向信号和计数脉冲信号。
为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零。
利用增量式光电编码器可以检测电机的位置和速度。
二、光电编码器的测量方法：光电编码器在电机控制中可以用来测量电机转子的磁场位置和机械位置以及转子的磁场和机械位置的变化速度与变化方向。
下面就我就光电编码器在这几方面的应用方法做一下介绍。
（一）、使用光电编码器来测量电机的转速可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。
具体的测速方法有M法、T 法和M/T法3种。
M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测只供学习与交流速方法，如图2所示，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。
现在假设检测时间是Tc，计数器的记录的脉冲数是M1，则电机的每分钟的转速为在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。
如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。
在一定的转速下要增大检测只供学习与交流脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。
由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。
M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。
T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法，如图3所示。
例如时钟频率为fclk,计数器记录的脉冲数为M2，光电编码器是N线的，每线输出4N个脉冲，那么电机的每分钟的转速为为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。
但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出;另外，时间太长也会影响控制的快速性。
与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。
M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的只供学习与交流脉冲个数M1和M2进行计数，则电机每分钟的转速为实际工作时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时Tc时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。
采用M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点，能够覆盖较广的转速范围，测量的精度也较高，在电机的控制中有着十分广泛的应用。
（二）使用增量式光电编码器来判别电机转速方向的原理增量式光电编码器输出两路相位相差90o的脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号Dir。
当电机反转时，脉冲信号A的相只供学习与交流位滞后脉冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为低电平。
因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。
其转速辩相的原理如图4所示图4转向判别原理图（三）、增量式光电编码器的反馈脉冲的四倍频原理在使用增量式编码器时，通过计相位相差90o的两路正交脉冲信号A和B的上升沿与下降沿已达到将增只供学习与交流量式编码器的反馈脉冲四倍频的目的。
这样在不增加增量式光电编码器的线数的情况下，就可以获得更精度高的位置脉冲信息，以实现对电机位置的精确控制。
其工作原理与脉冲的相位关系如图5所示图5 脉冲四倍频相位关系图光电脉冲编码器的原理及维修只供学习与交流在数控机床中，光电脉冲编码器作为速度和位置检测的元件，故障发生率较高，外在表现多种多样，我们在维修实践中，将有关光电脉冲编码器的故障给予归纳和分类，使故障更加明确。
1、简介首先对光电脉冲编码器作一下简介。
光电脉冲编码器可分为增量式和绝对式。
所谓增量式即编码器转过角度就发出脉冲，查不出轴处于什么位置，只能记录得电后的脉冲数。
机床失电后，不能记忆轴的位置。
绝对式则能够记忆轴转过的角度和空间位置。
这依赖于一组或一个备用电池的支持，使机床失电后仍能保持记忆。
当然编码器依据安装位置不同又可分为内装式和外装式，内装式和伺服电动机同轴安装，外装式则安装在传动链末端。
编码器输出信号通常有两组相位差90度的方波信号用于辨向，一个零标志位（又称一转信号）， +5V 电源和接地端。
绝对式还有备用电池连接端。
2、故障分类故障分类如下：只供学习与交流（1）编码器本身故障:是指编码器本身元器件出现故障，导致其不能产生和输出正确的波形。
这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。
（2）编码器连接电缆故障:这种故障出现的几率最高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。
通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。
还应特别注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。
（3）编码器+5V电源下降:是指+5V电源过低，通常不能低于4.75V，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。
（4）绝对式编码器电池电压下降:这种故障通常有含义明确的报警，这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。
（5）编码器电缆屏蔽线未接或脱落:这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。
只供学习与交流（6）编码器安装松动:这种故障会影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。
（7）光栅污染这会使信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。
3、实例下面以我们在维修中遇到的两例故障予以说明。
（1）实例一故障现象：加工中心DHK40主轴定向时一直低速旋转。
故障分析和处理：这很显然是机床接收不到零标志信号，即一转信号。
打开机床侧盖，拆下脉冲编码器，发现脉冲编码器底部有一层粉末。
完全拆开编码器后发现圆光栅上的条纹已全部被磨光，当然发不出信号。
更换新编码器后，一切正常。
此时需修改主轴准停时停止位置偏移量参数，使定向位置与更换前相同。
（2）实例二故障现象：日本樱井专机开机后出现 123（绝对脉冲编码器）电压低故障。
只供学习与交流故障分析和处理：该机床已闲置5年，采用FANUC 16系统，电池应该失效。
更换4节1号碱性干电池后，机床又显示请求回参考点故障。
此时在手动状态将机床移动到参考点附近，再将参数1815#5（APCX）#4（APZX）全部置0，关断一次电源后重新启动，坐标值全部显示为0。
再将参数 1815#5（APCX）#4（APZX）全部置1，关断一次电源，再重启，一切正常。
这样便给机床重新建立了参考点。
综上所述，脉冲编码器故障总体而言可分为编码器本身故障和外围输入、输出故障，明确这两点许多问题就清晰了。
只供学习与交流。