光电编码器
光电编码器的原理及应用
光电编码器的原理及应用光电编码器是一种精密测量设备，常用于测量旋转角度或线性位置。
它通过光电传感器和编码盘之间的互动来实现测量。
本文将介绍光电编码器的原理、构造和应用。
一、原理光电编码器的工作原理基于光电传感器对编码盘上光学标记的检测。
编码盘通常由透明和不透明的区域组成。
当光线照射到编码盘上时，透明和不透明的区域将交替出现在光电传感器面前，从而导致光电传感器输出脉冲。
光电编码器的输出脉冲数与编码盘上的光学标记数目相关。
通常，编码盘上的光学标记数越多，输出脉冲数就越多，从而实现更精确的位置测量。
此外，光电编码器还可通过增量编码或绝对编码方式进行测量。
二、构造光电编码器通常由光学系统、编码盘、信号处理电路和接口电路组成。
光学系统包括光源和光电传感器，用于发射和接收光线。
编码盘作为测量对象，用于生成光学标记。
信号处理电路负责对光电传感器输出的脉冲信号进行处理和解码。
接口电路用于将处理后的信号输出给外部设备。
光电编码器的结构形式主要有旋转式和直线式两种。
旋转式编码器适用于旋转轴测量，常见的有光栅编码器和光学电子编码器。
直线式编码器适用于直线位移测量，常见的有线性光栅编码器和直线电子编码器。
三、应用光电编码器在工业控制、机械加工、自动化系统等领域中有广泛的应用。
1. 位置测量：光电编码器可用于测量机械设备的旋转角度或线性位移，例如机床的进给系统、机器人的关节角度等。
其高精度和稳定性使得测量结果可靠准确。
2. 运动控制：光电编码器可作为反馈装置用于闭环控制系统中，实现对机械设备运动的精确控制。
通过实时监测位置变化，可以对运动过程进行调整和优化，提高生产效率。
3. 位置校准：光电编码器可在传感器灵敏度高、分辨率高的情况下，对其他传感器的测量结果进行校准。
例如，在无人驾驶领域中，光电编码器可用于对雷达或摄像头的测量结果进行校准，提高车辆的定位准确性。
4. 导航系统：光电编码器可用于导航系统中船舶、飞行器等航行过程的航向或航行距离的测量。
编码器工作原理
编码器工作原理引言概述：编码器是一种用于将机械运动转换为数字信号的装置，广泛应用于各种自动化系统中。
它可以精确地测量物体的位置、速度和方向，从而实现精准控制和监测。
本文将介绍编码器的工作原理，以帮助读者更好地理解其在自动化系统中的作用。
一、光电编码器1.1 光电编码器的结构：光电编码器由光源、光栅、接收器和信号处理电路组成。
光源发出光束，经过光栅反射或透过后，被接收器接收并转换成电信号，信号处理电路将电信号转换成数字信号。
1.2 光电编码器的工作原理：当物体运动时，光栅会随之移动，使得光束的强度发生变化。
接收器接收到的光信号也会随之变化，通过信号处理电路将这些变化转换成数字信号，从而确定物体的位置和速度。
1.3 光电编码器的应用：光电编码器广泛应用于数控机床、机器人、印刷设备等自动化系统中，用于实现位置控制、速度控制和角度测量等功能。
二、磁编码器2.1 磁编码器的结构：磁编码器由磁性标记、磁传感器和信号处理电路组成。
磁性标记可以是永磁体或磁性条，磁传感器用于检测磁场的变化，信号处理电路将检测到的信号转换成数字信号。
2.2 磁编码器的工作原理：当物体运动时，磁性标记会随之移动，磁传感器检测到磁场的变化，并将其转换成电信号。
信号处理电路将电信号转换成数字信号，确定物体的位置和速度。
2.3 磁编码器的应用：磁编码器适用于高温、高速、腐蚀性环境下的自动化系统，如汽车发动机、风力发电机等，用于实现位置控制和速度控制。
三、绝对值编码器3.1 绝对值编码器的结构：绝对值编码器由多个独立的编码单元组成，每个编码单元对应一个位置码。
通过读取每个位置码的状态，可以确定物体的绝对位置。
3.2 绝对值编码器的工作原理：每个编码单元都有一个唯一的位置码，当物体运动时，读取每个位置码的状态，可以确定物体的绝对位置，无需重新归零。
3.3 绝对值编码器的应用：绝对值编码器广泛应用于需要高精度位置控制和无需重新归零的自动化系统中，如医疗设备、航空航天设备等。
光电编码器
光电编码器介绍光电编码器是一种利用光电原理来测量位置和运动的装置。
它通常由光源、光栅、光电二极管和信号解码电路等组成。
光源发射光线经过光栅后被光电二极管检测到，并通过信号解码电路转换为数字信号。
光电编码器广泛应用于机械、自动化控制、仪器仪表等领域。
工作原理光电编码器的工作原理基于光电效应和光栅原理。
当光源照射到光栅上时，栅上的光不同位置的条带通过光栅凹凸不同的位置形成不同的折射或反射光束。
光电二极管接收到这些光束并转换为电信号。
信号解码电路将电信号转换为数字信号，从而实现位置和运动的测量。
主要特点1.高精度测量：光电编码器具有高分辨率的特点，能够实现对位置和运动的精确测量。
2.高速响应：光电编码器的工作速度快，能够实时获取位置和运动的信息。
3.可靠性高：光电编码器使用光学原理进行测量，不受磁场和电磁干扰，具有较高的可靠性。
4.结构简单：光电编码器的结构相对简单，易于制造和维修。
5.高适应性：光电编码器适用于不同的工作环境和工作条件，具有良好的适应性。
应用领域光电编码器广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 机械制造光电编码器可以在机械制造过程中用于测量位置和运动，例如机床、自动化装配线、工业机器人等。
其高精度和高速响应特点能够满足机械制造中对精确测量的需求。
2. 自动化控制光电编码器可以用于自动化控制系统中，例如位置控制、速度控制、角度控制等。
通过对光电编码器测量结果的实时监测和反馈，可以实现对自动化系统的精确控制。
3. 电子设备光电编码器可以应用于电子设备中，例如印刷机、数码相机、光电开关等。
通过光电编码器对位置和运动的测量，可以实现电子设备的精确定位和运动控制。
4. 仪器仪表光电编码器可以应用于仪器仪表中，例如光谱仪、测量仪表、扫描仪等。
通过光电编码器对位置和运动的测量，可以提高仪器仪表的测量精度和稳定性。
发展趋势随着自动化技术的不断发展和应用范围的扩大，光电编码器在工业和科学领域的需求也在不断增加。
光电编码器的原理及应用
光电编码器的原理及应用光电编码器是一种常见的传感器设备，用于将物理运动转换为电信号，通过测量位置、速度和角度等参数来监测和控制运动系统。
本文将介绍光电编码器的工作原理和常见的应用领域。
一、光电编码器的工作原理光电编码器由光电传感器和编码盘组成。
光电传感器通常是由发光二极管（LED）和光敏元件（如光电二极管或光电二极管阵列）组成，放置在编码盘的两侧。
编码盘上有一系列等距分布的透明和不透明区域，当物体运动时，光电编码器监测到编码盘上透明和不透明区域之间的光变化。
当LED发射出光线照射到光电编码器的编码盘上时，光线会穿透透明区域，而被不透明区域所遮挡。
光敏元件接收到光线的强度变化，将其转化为电信号。
通过分析这些电信号，我们可以获取到运动物体的位置、速度以及方向等信息。
二、光电编码器的应用领域1. 机械工业光电编码器在机械工业中广泛应用于运动控制系统，如数控机床、工业机器人和自动化生产线等。
通过使用光电编码器，可以实现对机械设备的高精度位置测量和运动控制，提高生产效率和产品质量。
2. 医疗设备在医疗器械领域，光电编码器可用于精确测量和控制医疗设备的运动，如手术机械臂、X射线机和CT扫描等。
通过光电编码器的应用，可以确保医疗设备的准确性和安全性，提高医疗诊断和治疗的效果。
3. 汽车工业光电编码器在汽车工业中被广泛用于车辆的电子稳定控制、传动系统和方向盘位置检测等方面。
通过对车辆各部件的精确测量和控制，可以提高行驶安全性和驾驶舒适度。
4. 电子设备光电编码器也被应用于电子设备中，如光学鼠标、打印机和数码相机等。
光电编码器可以测量光标在表面上的位置，通过对光标位置的检测，可以实现精确的光学定位和跟踪功能。
三、总结光电编码器是一种常见的传感器设备，通过将物理运动转换为电信号，实现对运动系统的监测和控制。
光电编码器的工作原理是利用光敏元件对光线的强度变化进行测量和转换。
光电编码器在机械工业、医疗设备、汽车工业和电子设备等领域有着广泛的应用，可以提高产品的精确性、性能和安全性。
光电编码器的介绍
光电编码器的介绍光电编码器（Optical Encoder）是一种由光电开关和编码盘组成的测量装置，用于测量旋转运动或线性运动的位置、速度和方向。
它是将机械运动转换为电信号的传感器，广泛应用于工业自动化系统、机床、医疗设备、机器人等领域。
光电编码器的工作原理是通过光电开关检测光电信号来实现位置和运动的测量。
它由一个光电开关和一个编码盘组成。
编码盘上有一个或多个刻有光透过孔和光遮挡槽的轨道，当编码盘旋转或移动时，光电开关会检测到光透过孔或光遮挡槽，从而产生相应的光电信号。
这些光电信号经过处理电路被转换成电信号，通过计数器或编码器读取，最终获得位置、速度和方向信息。
1.高精度：光电编码器的精度通常可以达到极高的水平，一般在几微米或更小的范围内。
这使得它在需要高精度测量的应用中得到广泛使用，如机床、机器人、印刷设备等。
2.高分辨率：光电编码器具备高分辨率的特点，可以提供更细腻的位置和速度测量。
高分辨率使得光电编码器在需要准确控制位置和速度的应用中得到广泛应用，例如自动导航、精密定位等。
3.快速响应：光电编码器可以实时检测光透过孔或光遮挡槽，从而能够快速响应运动状态的变化，使得它在需要快速反馈和控制的应用中得到广泛应用，如自动调节、速度控制等。
4.高可靠性：光电编码器采用非接触式测量方式，与传统的机械式测量装置相比，具有更长的使用寿命和更低的故障率。
同时，光电编码器具备抗干扰能力强、防尘、防水等特点，适用于各种恶劣环境和工作条件。
5.无需校准：光电编码器的安装和使用非常简单，通常无需进行校准，只需将其安装在需要测量的位置上即可。
这大大减少了安装和维护的时间和成本。
增量式编码器是一种周期性输出脉冲信号的编码器，其输出脉冲的数目与旋转角度或位移成正比。
通过对脉冲信号进行计数、计算和运算，可以获得位置和速度信息。
增量式编码器常用于需要持续测量和监控位置和速度变化的应用中。
绝对式编码器通过在编码盘上刻上固定的编码序列来实现位置测量，每个位置都有唯一的编码码，从而可以准确地确定位置。
光电式编码器
通常数控机床的机械原点与各铀的脉冲编码器发出Z相脉冲的位置
是一致的。
光源
码盘
光电元件
Z 零位脉冲 A 增量脉冲 B辨向脉冲
图6.30 增量式编码器的结构图
（2）绝对式编码器
1）码制和码盘 码盘按其所用码制可分为:二进制、循环码(葛莱码)、十进
绝对式编码器图案不均匀，几位编码器其码盘上就有几位码 道，在编码器的相应位置都可输出对应的数字码，在码盘运动过 程中读取这些代码，即能实时测得坐标的变化。这种方法的优点 是坐标固定与测量以前状态无关，不需起动时的位置重合，抗干 扰能力强，无累积误差，具有断电位置保持，在不读数的范围内 移动速度可超越极限响应速度，不需要方向判别和可逆计数，信 号并行传送等。缺点是结构复杂、价格高，为提高分辨率需要提 高码道数目或者使用减速齿轮机构组成双码盘机构，将任意位置 取作零位时需进行一定的运算。
2．光电式编码器的接口与安装使用注意事项
（1）机械方面
编码器轴与用户端输出轴之间通过联轴节连接如下图所示， 避免因用户轴的串动、跳动，造成编码器轴系和码盘的损坏。应 保证编码器轴与用户轴的不同轴度＜0.2mm，与轴线的偏角＜1.5o 安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系和码盘。 (2）电气方面
编码器的输出线不能与动力线等绕在一起或同一管道传输， 也不宜在配电盘附近使用，配线时采用屏蔽电缆，可以参照下图 进行配线。
增量式编码器图案和光脉冲信号均匀，可将任意位置作为基 准点，从该点开始按一定的量化单位检测位移或转角，计量脉冲 数即可折算为位移或转角。该方法因无确定的对应测量点，一旦 停电则失掉当前位置，且速度不可超越计数器极限响应速度，此 外由于噪声影响可能造成计数积累误差。优点是其的零点可任意 预置，且测量速度仅受计数器容量限制。
光电编码器概述
光电编码器概述光电编码器，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、数字量或模拟量信号输出的传感器。
利用它可以实现角度、直线位移、转速等模拟物理量的测量。
一、特点它具有体积小、重量轻、品种多、功能全、高频响应、分辨能力高、承载能力强、力矩小、耗能低；性能稳定、可靠、使用寿命长等特点。
二、编码器分类1、按信号的原理分：增量式编码器、绝对式编码器、混合式编码器1）增量式编码器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。
2）绝对式编码器利用自然二进制或循环二进制（格雷码）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。
编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。
它的特点是：（1）可以直接读出角度坐标的绝对值；（2）没有累积误差；（3）电源切除后位置信息不会丢失。
但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。
3）混合式绝对值编码器它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
绝对值编码器是一种直接编码和直接测量的检测装置。
它能指示绝对值位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失。
常用的编码器有编码盘和编码尺，统称为码盘。
从编码器的使用记数来分类，有二进制编码、二进制循环码（葛莱码）、二-十进制码等编码器。
从结构原理分类，有接触式、光电式和电磁式等几种。
混合式绝对值编码器就是把增量制码与绝对制码同做在一块码盘上。
在圆盘的最外圈是高密度的增量条纹，中间有四个码道组成绝对式的四位葛莱码，每1/4同心圆被葛莱码分割成16个等分段。
光电编码器
光电编码器光电编码器是一种传感器设备，能够将轴的旋转运动转换成数字信号。
通过对这些数字信号进行处理，可以获得轴的旋转位置、旋转速度和旋转方向等信息。
原理光电编码器的原理比较简单，它由凸轮、光电传感器、信号处理器等组成。
凸轮是安装在轴上的，随着轴的旋转而旋转。
光电传感器是位于凸轮旁边的，它通过光束来侦测凸轮的凸出部分。
每当凸轮旋转一定角度，光电传感器就会发出一个脉冲信号。
信号处理器会将这些脉冲信号转换成数字信号，然后输出给外部设备。
结构光电编码器的结构主要包括基座、盖板、基凸轮、传感器模块等。
基座和盖板由紧固件连接，连接口处还配有密封条，有效避免污染入侵。
基凸轮更是光电编码器的核心部分，它的结构包括凸轮、镜面、基座等。
凸轮和镜面的设计效果直接关系到信号质量和抗干扰能力。
这些组件的耐磨性、防水性、耐腐蚀性等都是光电编码器的关键指标。
类型根据使用范围和测量精度不同，可以将光电编码器分为不同类型：绝对式编码器绝对式编码器根据光电模块输出的情况，能够准确测量轴旋转的位置，不受停机启动或漂移等影响。
应用于比较高的要求，比如机床、精密机器人、制造业自动化等。
增量式编码器增量式编码器只能获得轴旋转的相对位置信息，并且需要其他设备的帮助才能计算出准确位置。
应用于较低的要求，比如数字显示、汽车电子、家用电器等。
应用光电编码器广泛应用于方位测量、轴位检测、角度测量等领域，适用范围包括：1.机器人控制：机器人的关节必须准确无误地工作，光电编码器能够精准地记录每个关节的旋转位置和要求的运动轨迹。
2.线性驱动轴：通过对光电编码器的输出信号进行分析，可控制线性驱动或步进电机的运行，实现高效、准确的位置控制。
3.电子制造：光电编码器能够对电子工业中使用的高速电机任何位置进行测量，使得这些电机和设备始终保持在一个有效的运行状态。
总结光电编码器作为自动化控制系统中使用和成本效益最优的旋转角度和转速测量设备之一，在机器人、航空、造船、机床、车辆、医疗、电力、矿山和物流等领域有着广泛应用。
光电编码器
编码器
数字式传感器是能够直接将非电量转换为数字 量的传感器。 优点：测量精度和分辨率高，稳定性好，抗干 扰能力强，便于与微机接口，适宜远距离传输。 两种类型： 以编码方式产生代码型的数字信号 也称为编码器。它输出的信号是数字代码， 每一个代码对应一个输入量的值。 输出计数型的离散脉冲信号 称为脉冲数字传感器。它输出的脉冲数与输 入量成正比。 数字式传感器可用于测量位移（包括线位移和 角位移）和计数。
形磁芯作磁头， 磁环或磁头紧靠码盘，但又不与码盘表面接触。 每个磁头上绕两组绕组，原边绕组用恒幅恒频的正弦信号激励，副 边绕组用作输出信号，副边绕组感应码盘上的磁化信号转化为电信 号，其感应电势与两绕组匝数比和整个磁路的磁导有关。 当磁头 对准磁化区时，磁路饱和，输出电压很低，如磁头对准非磁化区， 它就类似于变压器， 输出电压会很高，因此可以区分状态“1”和
的角度为α=360°/2n，一个6位二进制码盘，其最小分辨
的角度α≈5.6°。
采用二进制编码器时，任何微小的制作误差，都可能 造成读数的粗误差。这主要是因为二进制码当某一较高的 数码改变时，所有比它低的各位数码均需同时改变。 为了消除粗误差，可用循环码代替二进制码。循环码 是一种无权码，从任何数变到相邻数时，仅有一位数码发 生变化。如果任一码道刻划有误差，只要误差不太大，且 只可能有一个码道出现读数误差，产生的误差最多等于最 低位的一个比特。
对于6位二进制码盘，最内圈码盘一半透光，一半不
透光，最外圈一共分成26=64个黑白间隔。每一个角度方
位对应于不同的编码。例如零位对应于000000（全黑）； 第23个方位对应于010111。这样在测量时，只要根据码盘 的起始和终止位置，就可以确定角位移，而与转动的中间 过程无关。一个n位二进制码盘的最小分辨率，即能分辨
光电编码器测速公式
光电编码器测速公式引言：光电编码器是一种常用的测速装置，它通过光电传感器和编码盘的配合工作，可以准确测量物体的转速。
在工业控制、机械制造和自动化领域中，光电编码器被广泛应用于测速、位置控制和运动监测等方面。
本文将详细介绍光电编码器的测速公式，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。
正文：一、光电编码器的基本原理1.1 光电传感器光电传感器是光电编码器中的核心部件，它通过感知光的变化来检测物体的运动。
光电传感器通常由发光二极管（LED）和光敏电阻器（光电二极管或光敏三极管）组成。
当物体经过光电传感器时，光线被遮挡或反射，使光敏电阻器的电阻值发生变化，从而产生电信号。
1.2 编码盘编码盘是光电编码器中的另一个重要组成部分，它通常由透明材料制成，并在表面刻有一系列的透明和不透明条纹。
当编码盘随着物体的转动而旋转时，光线通过透明和不透明条纹的变化，使光电传感器接收到不同的光信号。
1.3 光电编码器的工作原理光电编码器的工作原理是基于光电传感器和编码盘的配合工作。
当物体转动时，编码盘随之旋转，光线通过透明和不透明条纹的变化，使光电传感器接收到不同的光信号。
通过计算光信号的变化频率和编码盘的刻度数，可以准确测量物体的转速。
二、光电编码器的测速公式2.1 脉冲计数法光电编码器的测速公式可以通过脉冲计数法来推导。
脉冲计数法是一种常用的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲数来确定物体的转速。
测速公式可以表示为：速度（V）= 脉冲数（N）/ 时间（T）2.2 脉冲频率法脉冲频率法是另一种常用的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲频率来确定物体的转速。
测速公式可以表示为：速度（V）= 脉冲频率（f）/ 编码盘的刻度数（N）2.3 脉冲周期法脉冲周期法是一种更精确的测速方法，它通过计算单位时间内接收到的脉冲周期来确定物体的转速。
测速公式可以表示为：速度（V）= 1 / 脉冲周期（T）* 编码盘的刻度数（N）三、光电编码器的应用3.1 工业控制光电编码器在工业控制领域中广泛应用于转速控制、位置反馈和运动监测等方面。
光电编码器原理
光电编码器原理
光电编码器是一种能够将物理量转化为光电信号的装置，它在自动化控制系统中起到了非常重要的作用。
其原理是利用光电效应，通过光源和光敏元件的相互作用，实现对物理量的测量和编码。
在光电编码器中，光源发出的光线通过光栅或光轮等编码器件进行分割，生成一系列的光脉冲。
光敏元件接收到这些光脉冲后，将其转化为电信号，并传送给控制系统进行处理。
光电编码器常用的编码方式有两种：增量式编码和绝对式编码。
增量式编码器通过光栅或光轮上的编码结构，使得在旋转过程中光线的遮挡和透过发生变化。
根据遮挡和透过的变化情况，光电编码器可以测量出物体旋转的角度和方向。
这种编码方式相对简单，成本较低，但只能测得相对运动的改变量。
绝对式编码器则是通过光栅或光轮上的编码结构，将旋转角度或位置分成若干等分，并为每个等分位置赋予一个唯一的编码值。
通过光敏元件接收到的光脉冲，可以直接读取到物体的旋转位置或线性位移位置。
这种编码方式可以直接获得绝对位置信息，精度相对更高，但缺点是成本较高。
光电编码器具有测量速度快、精度高、体积小等特点，广泛应用于工业自动化控制、机器人、数控机床、仪器仪表等领域。
光电编码器详解
光电编码器原理结构图增量式光电旋转编码器所谓编码器即是将某种物理量转换为数字格式的装置。
运动控制系统中的编码器的作用是将位置和角度等参数转换为数字量。
可采用电接触、磁效应、电容效应和光电转换等机理，形成各种类型的编码器。
运动控制系统中最常见的编码器是光电编码器。
光电编码器根据其用途的不同分为旋转光电编码器和直线光电编码器，分别用于测量旋转角度和直线尺寸。
光电编码器的关键部件是光电编码装置，在旋转光电编码器中是圆形的码盘(codewheel或codedisk)，而在直线光电编码器中则是直尺形的码尺(codestrip)。
码盘和码尺根据用途和成本的需要，可由金属、玻璃和聚合物等材料制作，其原理都是在运动过程中产生代表运动位置的数字化的光学信号。
图12.1可用于说明透射式旋转光电编码器的原理。
在与被测轴同心的码盘上刻制了按一定编码规则形成的遮光和透光部分的组合。
在码环的一边是发光二极管或白炽灯光源，另一边则是接收光线的光电器件。
码盘随着被测轴的转动使得透过码盘的光束产生间断，通过光电器件的接收和电子线路的处理，产生特定电信号的输出，再经过数字处理可计算出位置和速度信息。
上面所说的是透射式光电编码器的原理。
显然利用光反射原理也可制作光电编码器。
增量编码器的码盘如图12.2所示。
在现代高分辨率码盘上，透光和遮光部分都是很细的窄缝和线条，因此也被称为圆光栅。
相邻的窄缝之间的夹角称为栅距角，透光窄缝和遮光部分大约各占栅距角的1/2。
码盘的分辨率以每转计数(CPR-counts per revolution)表示，亦即码盘旋转一周在光电检测部分可产生的脉冲数。
例如某码盘的CPR为2048，则可以分辨的角度为10，311.8”。
在码盘上，往往还另外安排一个（或一组）特殊的窄缝，用于产生定位(index)或零位(zero)信号。
测量装置或运动控制系统可利用这个信号产生回零或复位操作。
从原理分析，光电器件输出的电信号应该是三角波。
什么是光电编码器
什么是光电编码器什么是光电编码器一、光电编码器简介光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置，它是一种通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它主要用于速度或位置(角度)的检测。
具有精度高、响应快、抗干扰能力强、性能稳定可靠等显著的优点。
按结构形式可分为直线式编码器和旋转式编码器两种类型。
旋转编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。
光栅面上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期;分别用两个光栅面感光。
由于两个光栅面具有90°的相位差，因此将该输出输入数字加减计算器，就能以分度值来表示角度。
它们的节距从光电编码器的输出信号种类来划分，可分为增量式和绝对值式两大类。
旋转增量式编码器转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。
这样，当停电后，编码器不能有任何的移动;当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。
绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线…编排，这样在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，这就称为位绝对编码器。
这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。
绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。
这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工业控制定位中。
编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出等输出形式。
串行输出是时间上数据按照约定，有先后输出;空间上，所有位数的数据都在一组电缆上(先后)发出。
光电式传感器——光电编码器
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 ：
n = 60fc /（Nm2 ） =60×106/（1024×3000）=19.53 r/min
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。
7－转轴
8－零位标记槽
ห้องสมุดไป่ตู้
＝360°／条纹数
＝360°／1024 ＝0.352°
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 ）
转速应用举例
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。
t为丝杠转动一整圈，工作台的位移
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。
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
光电编码器m法
光电编码器m法光电编码器是一种常用于测量和控制系统中的设备，它能够将旋转或线性运动转化为电信号，从而实现位置控制和运动监测。
本文将详细介绍光电编码器的原理、种类、应用以及未来发展方向。
一、原理光电编码器的工作原理是通过光电效应将运动转换为电信号。
它由一个光源、光栅、受光器和电路部分组成。
光源发出光线，光栅上刻有一系列等距的透明和不透明条纹，当光线通过光栅时，会被透明和不透明条纹交替遮挡，从而在受光器上形成光斑的变化。
受光器将光斑的变化转换为电信号，并经过电路处理后输出。
二、种类根据测量方式的不同，光电编码器可以分为绝对式和增量式两种。
1. 绝对式光电编码器：绝对式光电编码器能够直接输出物体的位置信息，且不受外部环境的影响。
它们通常使用多个光栅，每个光栅对应于一个位，通过将位之间的相对位置与光斑的变化进行对比，确定物体的具体位置。
由于能够直接获得位置信息，绝对式光电编码器广泛应用于需要高精度测量和定位的领域。
2. 增量式光电编码器：增量式光电编码器只能获得位置信息的变化量，无法直接得知物体的绝对位置。
它们通常包含一个光栅和一个参考信号，通过比较光斑的变化与参考信号的相对位置来判断物体的运动方向和速度。
增量式光电编码器的优势在于成本较低，适用于一般的位置监测和速度控制应用。
三、应用光电编码器广泛应用于各类测量和控制系统中，包括机械制造、自动化设备、医疗器械等。
以下是其中一些常见的应用领域：1. 机床和数控机械：光电编码器可用于测量机床的工作台、刀架和进给轴的位置，实现精密加工和定位控制。
2. 电梯和升降机：光电编码器可用于测量电梯和升降机的位置，监测运行状态和提供精确的楼层显示。
3. 机器人和自动化设备：光电编码器可用于机器人的运动控制、位置测量和姿态调整，实现自动化生产。
4. 医疗器械和精密仪器：光电编码器可用于医疗设备的运动定位和手术导航，提高手术精度和安全性。
四、未来发展方向随着科技的不断进步，光电编码器也在不断发展和改进。
《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
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光电编码器原理光电编码器，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。
光电编码器每转输出600个脉冲，五线制。
其中两根为电源线，三根为脉冲线(A相、B相、Z)。
电源的工作电压为（+5～+24V）直流电源。
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，为判定旋转方向，码盘还可提供相位相差90o的两路脉冲信号。
工作原理:当光电编码器的轴转动时A、B两根线都产生脉冲输出,A、B两相脉冲相差90度相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。
假如A相脉冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转,否则为反转.Z线为零脉冲线,光电编码器每转一圈产生一个脉冲.主要用作计数。
A线用来丈量脉冲个数,B线与A线配合可丈量出转动方向.设N为电机转速Δn=ND测-ND理例如:我们车的速度为1.5m/s,轮子的直径220mm，C=D*Pi，电机控制在21.7转/秒,根据伺服系统的指标,设电机转速为1500转/分,故可求得当ND=21.7*60=130转/分时，光码盘每秒钟输出的脉冲数为：PD=130×600/60=1300个脉冲当测出的脉冲个数与计算出的标准值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压△U，经过D/A转换，再计算出增量脉冲个数，等下减往摘要：位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用是检测位移量，并发出反馈信号。
在现代数控伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量。
目前生产和使用的数控机床大多采用的是半闭环控制方式。
关键词：光电编码器；角位移；脉冲；传感器光电编码器是一种旋转式位置传感器，在现代伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。
它能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。
光电编码器分为绝对式和增量式两种类型。
增量式光电编码器具有结构简单、体积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优点，应用更为广泛。
在高分辨率和大量程角速率／位移测量系统中，增量式光电编码器更具优越性。
绝对式编码器能直接给出对应于每个转角的数字信息，便于计算机处理，但当进给数大于一转时，须作特别处理，而且必须用减速齿轮将两个以上的编码器连接起来，组成多级检测装置，使其结构复杂、成本高。
1增量式编码器1.1增量式光电编码器的结构增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。
增量式光电编码器结构示意图如图1所示。
图1增量式光电码盘结构示意图光电码盘与转轴连在一起。
码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。
透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。
这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。
增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。
1.2增量式编码器的工作原理增量式编码器的工作原理如图2所示。
它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。
在图形的主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。
鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。
工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。
当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大。
主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器A、B的输出电压相位差为90°。
图2增量式编码器工作原理图3光电编码器的输出波形光电编码器的光源最常用的是自身有聚光效果的发光二极管。
当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。
光敏元件把此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。
光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，能分辨的角度α为：α=360°/n（1）分辨率=1/n（2）例如：码盘边缘的透光槽数为1024个，则能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。
为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图1中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin元件。
当检测对象旋转时，同轴或关联安装的光电编码器便会输出A、B两路相位相差90°的数字脉冲信号。
光电编码器的输出波形如图3所示。
为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，如图1中的“零位标志槽”。
码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图3中的C0脉冲。
图4给出了编码器正反转时A、B信号的波形及其时序关系，当编码器正转时A 信号的相位超前B信号90°，如图4(a)所示；反转时则B信号相位超前A信号90°，如图4(b)所示。
A和B输出的脉冲个数与被测角位移变化量成线性关系，因此，通过对脉冲个数计数就能计算出相应的角位移。
根据A和B之间的这种关系正确地解调出被测机械的旋转方向和旋转角位移/速率，就是所谓的脉冲辨向和计数。
脉冲的辨向和计数既可用软件实现也可用硬件实现。
图4光电编码器的正转和反转波形2绝对式编码器绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。
编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。
光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。
图5所示为四位二进制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码。
黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。
在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围内可编数码数为24=16个。
工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置光电接受装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。
码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。
但由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数误差。
例如，当码盘顺时针方向旋转，由位置“0111”变为“1000”时，这四位数要同时都变化，可能将数码误读成16种代码中的任意一种，如读成1111、1011、1101、…0001等，产生了无法估计的很大的数值误差，这种误差称非单值性误差。
为了消除非单值性误差，可采用以下的方法。
2.1循环码盘（或称格雷码盘）图5四位二进制的码盘图6四位二进制循环码盘循环码习惯上又称格雷码，它也是一种二进制编码，只有“0”和“1”两个数。
图6所示为四位二进制循环码。
这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即“0”变为“1”或“1”变为“0”。
因此，在两数变换过程中，所产生的读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。
所以，它是消除非单值性误差的一种有效方法。
2.2带判位光电装置的二进制循环码盘这种码盘是在四位二进制循环码盘的最外圈再增加一圈信号位。
图7所示就是带判位光电装置的二进制循环码盘。
该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有当信号位处的光电元件有信号时才读数，这样就不会产生非单值性误差。
图7带判位光电装置的二进制循环码盘3编码器的应用3.1角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，还可以测量轴的转速由于增量式角编码器的输出信号是脉冲形式，因此，可以通过测量脉冲频率或周期的方法来测量转速。
角编码器可代替测速发电机的模拟测速，而成为数字测速装置。
M法和T法测速原理如图8所示。
图8M法和T法测速原理在一定的时间间隔ts内（又称闸门时间，如10s、1s、0.1s等），用角编码器所产生的脉冲数来确定速度的方法称为M法测速。
若角编码器每转产生N个脉冲，在闸门时间间隔ts内得到m1个脉冲，则角编码器所产生的脉冲频率f为：例如：某角编码器的指标为2048个脉冲/r（即N＝2048P/r），在0.2s时间内测得8K脉冲（1K=1024），即ts=0.2s，m1=8K=8192个脉冲，f＝4096/0.2s ＝20480Hz，则：角编码器轴的转速为：M法测速主要应用于要求转速较快，否则计数值较少，测量准确度较低。
3.2工位编码由于绝对式编码器每一转角位置均有一个固定的编码输出，若编码器与转盘同轴相连，则转盘上每一工位安装的被加工工件均可有一个编码相对应，转盘工位编码原理图如图9所示。
当转盘上某一工位转到加工点时，该工位对应的编码由编码器输出给控制系统。
图9转盘工位编码原理图例如要使处于工位4上的工件转到加工点等待钻孔加工，计算机就控制电动机通过带轮带动转盘逆时针旋转。
与此同时，绝对式编码器（假设为4码道）输出的编码不断变化。
设工位1的绝对二进制码为0000，当输出从工位3的0100，变为0110时，表示转盘已将工位4转到加工点，电动机停转。
3.3光电编码器在重力测量仪中的应用采用旋转式光电编码器，其转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。
将重力测量仪中补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量进行测量。
3.4应用实例以EPC-755A光电编码器的应用为例。
该光电编码器在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。
因此，在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC-755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。
图10所示为EPC-755A光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。
图10光电编码器鉴相计数电路当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D 触发器输出Q(波形W1)为高电平，(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。