光电编码器
光电编码器
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。
光电编码器工作原理
光电编码器工作原理光电编码器是一种用于测量角度、位置和速度的重要装置。
它通过将光、电信号转化为数字信号来实现对物体的测量。
本文将介绍光电编码器的工作原理及其应用。
1. 光电编码器的基本原理光电编码器由光电传感器和编码盘两部分组成。
光电传感器接收光信号，并将其转化为电信号；编码盘是一种有规律的图案，由光和暗交替排列而成。
当光线射到编码盘上时，光电传感器会感受到由光和暗交替引起的光信号变化，并将其转化为电信号。
根据编码盘图案的不同，光电编码器可分为增量式和绝对式两种类型。
2. 增量式光电编码器的工作原理增量式光电编码器的编码盘上通常有两个光栅，分别为A相和B相。
A相光栅上的光信号与B相光栅上的光信号具有一定相位差。
当光电传感器接收到A相和B相信号后，可以通过信号的变化来判断物体的运动方向和速度。
当物体顺时针转动时，A相和B相信号的触发顺序为A→B→A'→B'；当物体逆时针转动时，触发顺序为A'→B'→A→B。
通过记录触发信号的次数和顺序，可以测量出物体的角度和速度。
3. 绝对式光电编码器的工作原理绝对式光电编码器在编码盘上添加了位移码和同步码。
位移码用于测量物体的具体位置，而同步码用于确定当前位置的起点。
通过读取编码盘上的位移码和同步码，光电传感器可以准确地确定物体的角度、位置和速度。
绝对式光电编码器的精度高，但制造成本也较高。
4. 光电编码器的应用领域光电编码器广泛应用于机器人、数控机床、电子设备等领域。
在机器人领域，光电编码器可用于测量机器人关节的角度和位置，实现精确的运动控制。
在数控机床领域，光电编码器可用于控制工件的位置、速度和加速度，确保加工的精度和稳定性。
在电子设备领域，光电编码器可用于调节电机的转速和位置，实现设备的精准控制。
总结：光电编码器是一种重要的测量装置，通过将光、电信号转化为数字信号来实现对物体的测量。
根据编码盘的不同，光电编码器可分为增量式和绝对式两种类型。
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。
光电编码器分类及作用
光电编码器分类及作用光电编码器是一种将位置信息转化为数字信号的装置，由光电传感器和编码盘组成，可以用于测量物体的位置、速度、角度等参数。
根据不同的测量原理和应用领域，光电编码器可以分为几种不同的分类。
下面将介绍几种常见的光电编码器分类及其作用。
一、增量式光电编码器增量式光电编码器是测量物体位置变化的一种常用装置。
它通过将旋转或线性运动转化为光脉冲信号的方式，来测量物体的位置变化和速度。
光电编码器中的编码盘上有一系列的刻线，传感器通过感应这些刻线上的反射光来测量位置变化。
由于编码盘上刻线的数量有限，所以测量范围有一定的上限。
增量式光电编码器特点是测量范围较小，测量精度较高，适用于精密仪器和传感器等领域。
增量式光电编码器的工作原理是通过感应编码盘上的光信号，并将其转化为电信号。
一般来说，编码盘上的光信号是由两个光栅和一个光电传感器组成的。
光栅上的光线会被编码盘上的刻线阻挡或通过，使得光电传感器能够产生相应的电信号。
根据光电传感器产生的电信号波形和频率变化，可以计算出物体的位置和速度。
增量式光电编码器的作用主要体现在对位置和速度的测量上。
它可以实时监测物体的运动状态，并输出与之相对应的信号，供控制系统进行处理和反馈。
在机械制造、机器人、自动化生产线等领域中，增量式光电编码器被广泛应用于位置控制、速度调节、运动监测等方面。
二、绝对式光电编码器相对于增量式光电编码器，绝对式光电编码器能够直接读取物体的绝对位置信息，不需要通过计数来计算。
它可以在任意位置开始测量，不会因断电或重新启动而丢失数据。
绝对式光电编码器的编码盘上有多条同心圆，每条同心圆上有不同数量或形状的刻线，通过感应这些刻线的反射光来测量绝对位置。
绝对式光电编码器特点是测量范围大，测量精度较高，适用于需要直接读取位置信息的应用场合。
绝对式光电编码器的工作原理是通过感应编码盘上的光信号，并将其转化为二进制编码，从而得到物体的绝对位置。
编码盘上的光信号是由多个光栅和光电传感器组成的，每个光栅上的刻线数量和排列方式都不同，对应不同的二进制编码。
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。
光电编码器
光电编码器光电编码器一、光电编码器的原理和作用：光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。
它将输入给轴的角度量（机械几何位移量），利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点，一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。
二、光电编码器的组成：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，其原理示意图如图所示：编码器码盘也叫分度盘，材料有玻璃、金属、塑料。
玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
三、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绝对式编码器增量式编码器混合式编码器按编码方式的分类：旋转编码器：通过测量被测物体的旋转角度并将测量到的旋转角度转化为脉冲电信号输出直尺编码器：通过测量被测物体的直线行程长度并将测量到的行程长度转化为脉冲电信号输出增量型编码器旋转型用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度。
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两组脉冲相位差度，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。
工作原理由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、每个正弦波相差度相位差（相对于一个周波为度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z 相脉冲以代表零位参考位。
《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
一、编码器专业术语1、线：编码器光电码盘的一周刻线。
①增量式编码器：10线、100线、2500线，主要码盘能刻下，可任意选数；②绝对式编码器：因格雷码的编排方式，决定其基本是2N线：256线、1024线、8192线，但也有特别的格雷余码输出的：360线、720线、3600线。
2、位：绝对式编码器通常是用2N线输出的，所以大部分绝对式编码器也用“位”表达，当然对格雷余码输出的360线、720线、3600线例外；增量式编码器也有用“位”表示的，如15位、17位，通过内部细分，将计算的线数倍增后，一般大于10000线，就用“位”表达。
3、分辨率：编码器可以分辨的最小角度。
一般计算360°/刻线数，目前大部分就用多少线来表达。
但对于增量式编码器，如用上A/B两相的四倍频，2500线实际分辨率为360°/10000。
如果内部细分计算的“线”可以更多，达到15位、17位。
所以通常增量式编码器用“线”表达，表示还没有倍频细分；用“位”来表达，表示已经细分过了。
高分辨率并不代表高精度。
对于实际的码盘刻线，绝对式编码器分辨率可以达到增量式编码器的两倍，但如果采用倍频技术，增量式编码器分辨率又可大于绝对式编码器。
细分倍频是电气模拟技术，并不改善精度，精度是由码盘刻线、轴的机械安装及电气的响应综合因素决定的。
分辨率，增量式可以做的更高，但是精度就是绝对式的高，因为它不受停电、干扰、速度、电气响应的影响的，尤其在高速高精的条件下，倍频细分是无法满足要求。
4、增量式VS绝对式增量式以转动时输出脉冲，通过计数设备来检测位置。
当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆记住位置。
这样，当停电时，编码器不能有任何的移动；当来电工作时，编码器在输出脉冲的过程中，也不能有任何的干扰而丢失脉冲。
否则，计数设备记忆的零点就会发生偏移，而且这种偏移量是无从知道的，只有产生错误的结果后才知道。
解决的办法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。
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1.2.1 原理及其结构 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能
通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用 是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某 个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编
实用光电编码器技术
编著 陈先锋
第 1 章 光电编码器基础
1.1 概述
光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、 结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。近 10 几年来，发展为一种成 熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指 挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。光电编码器可以定 义为：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。典型的光电编码器由码盘（Disk）、检测光栅（Mask）、 光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等组成。
一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式 三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两种。由于直线式运 动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然。因此，只有在那些结构形式和运动方式 都有利于使用直线式光电编码器的场合才予使用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式， 易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广 泛的应用，在本书中主要针对旋转式光电编码器，如不特别说明，所提到的光电编码器则指 旋转式光电编码器。
θ1 = 360°/2n
（1-2）
码盘转角α 与转换出的二进制数码 C1C2……Cn 及十进制数 N 的对应关系为：
n
∑ α = 360° Ci ⋅ 2−i = Nθ1 i =1
（1-3）
二进制马盘的缺点是：每个码道的黑白分界线总有一半与相邻内圈码道的黑白分界线是 对齐的，这样就会因黑白分界线刻画不精确造成粗误差。采用其他的有权编码时也存在类似 的问题。图 1-10 是一个四位二进制码盘展开图，图中 aa 为最高位码道黑白分界线的理想位 置，它与其他三位码道的黑白分界线正好对齐，当码盘转动，光束扫过这一区域时，输出数 码从 0111 变为 1000 不会出现错误。如果 C1 道黑白分界线刻偏到 a’a’，当码盘转动时，输 出数码就会从 0111 变为 1111 再变到 1000，中途出现了错误数码 1111。反之 C1 道黑白分界 线刻偏到 a’’a’’，当码盘转动时，输出数码就会从 0111 变为 0000 再变到 1000，中途出现了 错误数码 0000。为了消除这种粗误差，可以采用循环码盘（格雷码盘）。
在设计和使用中都要给予充分考虑。
（4）响应频率
编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速
旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光电检测器件和电
子线路元器件的工作速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至产生丢失脉
冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一种编码器在其分辨率一
还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。所以，在编码器内还必须将此信号放大、 整形。经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波输出信号容易进行数字 处理，所以这种输出信号在定位控制中得到广泛的应用。采用正弦波输出信号时基本消除了 定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。
码道分为 2i-1 个黑白间隔，第 i 码道的黑白分界线与第 i-1 码道的黑白分界线错开 360° / 2i 。
图 1-3 集电极开路输出电路
电压输出 这种输出方式通过使用编码器输出侧的 NPN 晶体管，将晶体管的发射极引 出端子连接至 0V，集电极端子与+Vcc 和负载电阻相连，并作为输出端。在编码器供电电压 和信号接受装置的电压一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图 1-4 所 示。主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机 械和针织机械等。
（1）分辨率
光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数来表示的，即
脉冲数/转（PPR）。码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，
编码器的分辨率就越高。在工业电气传动中，根据不同的应用对象，可选择分辨率通常在
500~6000PPR 的增量式光电编码器，最高可以达到几万 PPR。交流伺服电机控制系统中通
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。其缺点是它无法 直接读出转动轴的绝对位置信息。
图 1-1 增量式光电编码器的组成
图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形
1.2.2 基本技术规格
在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中最关
键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
图 1-7 推挽式输出电路来自1.3 绝对式光电编码器1.3.1 基本构造及特点 用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电或故障停车后无
法找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对式光电编码器可以避免上述缺点。绝对式光电 编码器的基本原理及组成部件与增量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、 光电检测器件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器用不同的 数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种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。绝对式光电编码器原理如图 1-8 所示。
常选用分辨率为 2500PPR 的编码器。此外对光电转换信号进行逻辑处理，可以得到 2 倍频
或 4 倍频的脉冲信号，从而进一步提高分辨率。
（2）精度
增量式光电编码器的精度与分辨率完全无关，这是两个不同的概念。精度是一种度量在
所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分或
图 1-10 四位二进制码盘展开图
图 1-9（b）是一个四位循环码盘，它与二进制码盘相同的是，码道数也等于数码位数， 因此最小分辨率也是式（1-2）求得，最内圈也是半圈透光半圈不透光，对应 R1 位，最外圈 是第 n 码道对于 Rn 位。与二进制码盘不同的是：第二码道也是一半透光一半不透光，第 i
绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等方式进行光 电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条 图形，绝对光电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。它的特点是： 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。
角秒来表示。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因
素有关，也与安装技术有关。
（3）输出信号的稳定性
编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输
出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源
特性的变化。由于受到温度和电源变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性，
码器输出 A、B 两相互差 90° 电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方
便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的 Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转 一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。
增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图 1-1 所示。码盘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；检测光栅上刻有 A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测 器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开 1/4 节距，使得
增量式光电编码器的信号输出形式有：集电极开路输出（Open Collector）、电压输出 （Voltage Output）、线驱动输出（Line Driver）、互补型输出（Complemental Output）和推挽 式输出（Totem Pole）。
集电极开路输出 这种输出方式通过使用编码器输出侧的 NPN 晶体管，将晶体管的发 射极引出端子连接至 0V，断开集电极与+Vcc 的端子并把集电极作为输出端。在编码器供电 电压和信号接受装置的电压不一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图 1-3 所示。主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、 包装机械和针织机械等。
图 1-8 绝对式光电编码器原理
1.3.2 码制与码盘 绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：二进制码、循环码（格雷码）、
十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。四位二元码盘（二进制、格雷码）如图 1-9 所示。图中黑、白色分别表示透光、不透光区域。
图 1-9 四位二元码盘
图 1-9（a）是一个四位二进制码盘，它的最里圈码道为第一码道，半圈透光半圈不透光， 对应于最高位 C1，最外圈为第 n 码道，共分成 2n 个亮暗间隔，对应于最低位 Cn，n 位二元 码盘最小分辨率为：