摘 ?要 ?光電編碼器普通采用玻璃碼盤或塑料碼盤，玻璃優(yōu)點：熱穩(wěn)定性好，精度高，缺點：容易破碎、鍍層易磨損。塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，優(yōu)點：成本低，精度、熱穩(wěn)定性差，缺點：老化易裂、使用時間短。兩者共性問題是：不適應(yīng)在惡劣條件下使用。本文闡述的金屬碼盤，采用成熟的工藝，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高等突出優(yōu)點，可克服上述碼盤的缺點，大幅提高其環(huán)境適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞 ?碼盤;穩(wěn)定性;精度;環(huán)境適應(yīng)性

中圖分類號：TP212 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）21-0018-02

光電編碼器具有廣闊的應(yīng)用前景，其在精密機(jī)床數(shù)控、精確測角等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，光電編碼器碼盤材料得到了提高，從而拓寬了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，在惡劣、振動條件下應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。

1 ?結(jié)構(gòu)及工作原理

光電編碼器是一個包含光機(jī)電三大領(lǐng)域技術(shù)的綜合系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置組成。

安裝時碼盤與電機(jī)同軸，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，碼盤與電機(jī)就會相應(yīng)的同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光、接收管組成的數(shù)據(jù)采集裝置在機(jī)械位移中，轉(zhuǎn)換成若干個光電信號，經(jīng)單片機(jī)邏輯處理，輸出相應(yīng)脈沖。

1）主體。采用光、機(jī)、電一體，全封閉結(jié)構(gòu)。外殼選擇鑄鋁成型，優(yōu)點：具有強(qiáng)度高及防腐蝕性能好的特點，如圖1所示。

圖1 ?光電編碼器整體結(jié)構(gòu)圖

2）碼盤。光柵盤是在一定直徑的金屬片上開通若干個等分的長方形孔，以通和不通刻線，分別代表數(shù)字量的“1”和“0”。

用玻璃碼盤或塑料碼盤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置不能可靠的接收到光信號，不能準(zhǔn)確傳遞速度反饋信息，使調(diào)速系統(tǒng)的信號與實際值出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作，而引發(fā)生產(chǎn)事故。碼盤選擇低膨脹系數(shù)的金屬片制成。優(yōu)點：在高溫環(huán)境下不變形，并具有抗沖擊、抗振動能力，如圖2所示。

圖2 ?光電編碼器金屬碼盤

2 ?技術(shù)改進(jìn)措施

1）獲取A、B相信號。將機(jī)械軸上的幾何位移量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息量的過程，是由光電變換信號產(chǎn)生的，處理光電編碼器光電變換過程，是系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。

①“田”字排列光電接收器。

光敏器件是將光信息轉(zhuǎn)換成電信息（即通過光信號產(chǎn)生受控電信號）的器件。采用光敏器件為田字排列整體封裝，如圖3所示。

0 90

270 180

圖3 ?雙排布局裂相指示光柵示意圖。

田字排列的四裂相接收器，在光電編碼器應(yīng)用中，稱之為四裂相讀取法，在碼盤與光源相對位移中，可以準(zhǔn)確獲取四路各相差90°度正弦信號。其特點是：對照明不均勻有部分補(bǔ)充作用，可以消除軸系晃動、碼盤安裝偏心、刻劃半徑不等以及某些不對稱變形引起的數(shù)據(jù)誤差。

②安裝四相線光電接收器。

本文方法是將一個設(shè)計好光路的凸型透鏡與四相線光電接收器固定在一基座上，不采用指示光柵，克服了傳統(tǒng)光電編碼器的易受干擾缺點。

發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵經(jīng)透鏡，光電接收器上直接裂相，獲取四路相差90°度的正弦信號。通過差分放大電路，變成兩路相差90°度的正弦SIN與余弦COS波形，如圖4所示。

圖4 ?輸出波形圖

2）獲取零位脈沖信號。傳統(tǒng)光電編碼器莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊加形成的，光柵固定在主軸上隨之一起移動，指示光柵與基座固定在一起。由于光束透過光柵及指示光柵過程中，必然存在雜光，所以接收管輸出帶有不同程度的殘余電壓，也稱之為次峰，在不同環(huán)境下，會產(chǎn)生計數(shù)錯誤，造成零位誤差。本文是不要指示光柵，而將兩個光電接收管粘合，與基座固定在一起。發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵直接裂相獲取兩路相差45°的零位脈沖信號。如圖5所示。

圖5 ?零位脈沖信號

圖6 ?零位脈沖處理電路

兩個光電接收管直接獲取最大通光量，接收管輸出可達(dá)到最大量的效果，所以我們將兩路零位脈沖信號，直接用電子學(xué)進(jìn)行邏輯處理，將比較器電路組合成與門邏輯關(guān)系如圖6所示。

從零位波形圖中可以看出，波形斜率在高低溫環(huán)境下，變化很小，可以準(zhǔn)確定位起始點，同時也提高了計數(shù)精度。

3 ?結(jié)論

本文通過將光電編碼器的碼盤改變?yōu)榻饘俨馁|(zhì)，提高了光電編碼器的環(huán)境適應(yīng)性;通過獲取A、B相信號及獲取零位脈沖信號兩方面的改進(jìn)提高電路的抗干擾性及穩(wěn)定性。

通過本文的改進(jìn)措施提高了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了抗惡劣環(huán)境的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王顯軍.基于SOC單片機(jī)的高集成度光電編碼器電路設(shè)計[J].光學(xué)精密工程，2011，19（5）：1082-1087.

[2]趙長海，萬秋華，等.24位絕對式光電編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2010，31（3）：468-471.

[3]劉長順，王顯軍，等.八矩陣超小型絕對式光電編碼器[J].光學(xué)精密工程，2010，12（2）：326-333.

作者簡介

劉長嶺，男，高級實驗師。endprint

摘 ?要 ?光電編碼器普通采用玻璃碼盤或塑料碼盤，玻璃優(yōu)點：熱穩(wěn)定性好，精度高，缺點：容易破碎、鍍層易磨損。塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，優(yōu)點：成本低，精度、熱穩(wěn)定性差，缺點：老化易裂、使用時間短。兩者共性問題是：不適應(yīng)在惡劣條件下使用。本文闡述的金屬碼盤，采用成熟的工藝，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高等突出優(yōu)點，可克服上述碼盤的缺點，大幅提高其環(huán)境適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞 ?碼盤;穩(wěn)定性;精度;環(huán)境適應(yīng)性

中圖分類號：TP212 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）21-0018-02

光電編碼器具有廣闊的應(yīng)用前景，其在精密機(jī)床數(shù)控、精確測角等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，光電編碼器碼盤材料得到了提高，從而拓寬了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，在惡劣、振動條件下應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。

1 ?結(jié)構(gòu)及工作原理

光電編碼器是一個包含光機(jī)電三大領(lǐng)域技術(shù)的綜合系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置組成。

安裝時碼盤與電機(jī)同軸，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，碼盤與電機(jī)就會相應(yīng)的同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光、接收管組成的數(shù)據(jù)采集裝置在機(jī)械位移中，轉(zhuǎn)換成若干個光電信號，經(jīng)單片機(jī)邏輯處理，輸出相應(yīng)脈沖。

1）主體。采用光、機(jī)、電一體，全封閉結(jié)構(gòu)。外殼選擇鑄鋁成型，優(yōu)點：具有強(qiáng)度高及防腐蝕性能好的特點，如圖1所示。

圖1 ?光電編碼器整體結(jié)構(gòu)圖

2）碼盤。光柵盤是在一定直徑的金屬片上開通若干個等分的長方形孔，以通和不通刻線，分別代表數(shù)字量的“1”和“0”。

用玻璃碼盤或塑料碼盤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置不能可靠的接收到光信號，不能準(zhǔn)確傳遞速度反饋信息，使調(diào)速系統(tǒng)的信號與實際值出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作，而引發(fā)生產(chǎn)事故。碼盤選擇低膨脹系數(shù)的金屬片制成。優(yōu)點：在高溫環(huán)境下不變形，并具有抗沖擊、抗振動能力，如圖2所示。

圖2 ?光電編碼器金屬碼盤

2 ?技術(shù)改進(jìn)措施

1）獲取A、B相信號。將機(jī)械軸上的幾何位移量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息量的過程，是由光電變換信號產(chǎn)生的，處理光電編碼器光電變換過程，是系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。

①“田”字排列光電接收器。

光敏器件是將光信息轉(zhuǎn)換成電信息（即通過光信號產(chǎn)生受控電信號）的器件。采用光敏器件為田字排列整體封裝，如圖3所示。

0 90

270 180

圖3 ?雙排布局裂相指示光柵示意圖。

田字排列的四裂相接收器，在光電編碼器應(yīng)用中，稱之為四裂相讀取法，在碼盤與光源相對位移中，可以準(zhǔn)確獲取四路各相差90°度正弦信號。其特點是：對照明不均勻有部分補(bǔ)充作用，可以消除軸系晃動、碼盤安裝偏心、刻劃半徑不等以及某些不對稱變形引起的數(shù)據(jù)誤差。

②安裝四相線光電接收器。

本文方法是將一個設(shè)計好光路的凸型透鏡與四相線光電接收器固定在一基座上，不采用指示光柵，克服了傳統(tǒng)光電編碼器的易受干擾缺點。

發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵經(jīng)透鏡，光電接收器上直接裂相，獲取四路相差90°度的正弦信號。通過差分放大電路，變成兩路相差90°度的正弦SIN與余弦COS波形，如圖4所示。

圖4 ?輸出波形圖

2）獲取零位脈沖信號。傳統(tǒng)光電編碼器莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊加形成的，光柵固定在主軸上隨之一起移動，指示光柵與基座固定在一起。由于光束透過光柵及指示光柵過程中，必然存在雜光，所以接收管輸出帶有不同程度的殘余電壓，也稱之為次峰，在不同環(huán)境下，會產(chǎn)生計數(shù)錯誤，造成零位誤差。本文是不要指示光柵，而將兩個光電接收管粘合，與基座固定在一起。發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵直接裂相獲取兩路相差45°的零位脈沖信號。如圖5所示。

圖5 ?零位脈沖信號

圖6 ?零位脈沖處理電路

兩個光電接收管直接獲取最大通光量，接收管輸出可達(dá)到最大量的效果，所以我們將兩路零位脈沖信號，直接用電子學(xué)進(jìn)行邏輯處理，將比較器電路組合成與門邏輯關(guān)系如圖6所示。

從零位波形圖中可以看出，波形斜率在高低溫環(huán)境下，變化很小，可以準(zhǔn)確定位起始點，同時也提高了計數(shù)精度。

3 ?結(jié)論

本文通過將光電編碼器的碼盤改變?yōu)榻饘俨馁|(zhì)，提高了光電編碼器的環(huán)境適應(yīng)性;通過獲取A、B相信號及獲取零位脈沖信號兩方面的改進(jìn)提高電路的抗干擾性及穩(wěn)定性。

通過本文的改進(jìn)措施提高了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了抗惡劣環(huán)境的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王顯軍.基于SOC單片機(jī)的高集成度光電編碼器電路設(shè)計[J].光學(xué)精密工程，2011，19（5）：1082-1087.

[2]趙長海，萬秋華，等.24位絕對式光電編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2010，31（3）：468-471.

[3]劉長順，王顯軍，等.八矩陣超小型絕對式光電編碼器[J].光學(xué)精密工程，2010，12（2）：326-333.

作者簡介

劉長嶺，男，高級實驗師。endprint

摘 ?要 ?光電編碼器普通采用玻璃碼盤或塑料碼盤，玻璃優(yōu)點：熱穩(wěn)定性好，精度高，缺點：容易破碎、鍍層易磨損。塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，優(yōu)點：成本低，精度、熱穩(wěn)定性差，缺點：老化易裂、使用時間短。兩者共性問題是：不適應(yīng)在惡劣條件下使用。本文闡述的金屬碼盤，采用成熟的工藝，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高等突出優(yōu)點，可克服上述碼盤的缺點，大幅提高其環(huán)境適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞 ?碼盤;穩(wěn)定性;精度;環(huán)境適應(yīng)性

中圖分類號：TP212 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）21-0018-02

光電編碼器具有廣闊的應(yīng)用前景，其在精密機(jī)床數(shù)控、精確測角等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，光電編碼器碼盤材料得到了提高，從而拓寬了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，在惡劣、振動條件下應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。

1 ?結(jié)構(gòu)及工作原理

光電編碼器是一個包含光機(jī)電三大領(lǐng)域技術(shù)的綜合系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置組成。

安裝時碼盤與電機(jī)同軸，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，碼盤與電機(jī)就會相應(yīng)的同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光、接收管組成的數(shù)據(jù)采集裝置在機(jī)械位移中，轉(zhuǎn)換成若干個光電信號，經(jīng)單片機(jī)邏輯處理，輸出相應(yīng)脈沖。

1）主體。采用光、機(jī)、電一體，全封閉結(jié)構(gòu)。外殼選擇鑄鋁成型，優(yōu)點：具有強(qiáng)度高及防腐蝕性能好的特點，如圖1所示。

圖1 ?光電編碼器整體結(jié)構(gòu)圖

2）碼盤。光柵盤是在一定直徑的金屬片上開通若干個等分的長方形孔，以通和不通刻線，分別代表數(shù)字量的“1”和“0”。

用玻璃碼盤或塑料碼盤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置不能可靠的接收到光信號，不能準(zhǔn)確傳遞速度反饋信息，使調(diào)速系統(tǒng)的信號與實際值出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作，而引發(fā)生產(chǎn)事故。碼盤選擇低膨脹系數(shù)的金屬片制成。優(yōu)點：在高溫環(huán)境下不變形，并具有抗沖擊、抗振動能力，如圖2所示。

圖2 ?光電編碼器金屬碼盤

2 ?技術(shù)改進(jìn)措施

1）獲取A、B相信號。將機(jī)械軸上的幾何位移量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息量的過程，是由光電變換信號產(chǎn)生的，處理光電編碼器光電變換過程，是系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。

①“田”字排列光電接收器。

光敏器件是將光信息轉(zhuǎn)換成電信息（即通過光信號產(chǎn)生受控電信號）的器件。采用光敏器件為田字排列整體封裝，如圖3所示。

0 90

270 180

圖3 ?雙排布局裂相指示光柵示意圖。

田字排列的四裂相接收器，在光電編碼器應(yīng)用中，稱之為四裂相讀取法，在碼盤與光源相對位移中，可以準(zhǔn)確獲取四路各相差90°度正弦信號。其特點是：對照明不均勻有部分補(bǔ)充作用，可以消除軸系晃動、碼盤安裝偏心、刻劃半徑不等以及某些不對稱變形引起的數(shù)據(jù)誤差。

②安裝四相線光電接收器。

本文方法是將一個設(shè)計好光路的凸型透鏡與四相線光電接收器固定在一基座上，不采用指示光柵，克服了傳統(tǒng)光電編碼器的易受干擾缺點。

發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵經(jīng)透鏡，光電接收器上直接裂相，獲取四路相差90°度的正弦信號。通過差分放大電路，變成兩路相差90°度的正弦SIN與余弦COS波形，如圖4所示。

圖4 ?輸出波形圖

2）獲取零位脈沖信號。傳統(tǒng)光電編碼器莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊加形成的，光柵固定在主軸上隨之一起移動，指示光柵與基座固定在一起。由于光束透過光柵及指示光柵過程中，必然存在雜光，所以接收管輸出帶有不同程度的殘余電壓，也稱之為次峰，在不同環(huán)境下，會產(chǎn)生計數(shù)錯誤，造成零位誤差。本文是不要指示光柵，而將兩個光電接收管粘合，與基座固定在一起。發(fā)光管發(fā)出的光，通過光柵直接裂相獲取兩路相差45°的零位脈沖信號。如圖5所示。

圖5 ?零位脈沖信號

圖6 ?零位脈沖處理電路

兩個光電接收管直接獲取最大通光量，接收管輸出可達(dá)到最大量的效果，所以我們將兩路零位脈沖信號，直接用電子學(xué)進(jìn)行邏輯處理，將比較器電路組合成與門邏輯關(guān)系如圖6所示。

從零位波形圖中可以看出，波形斜率在高低溫環(huán)境下，變化很小，可以準(zhǔn)確定位起始點，同時也提高了計數(shù)精度。

3 ?結(jié)論

本文通過將光電編碼器的碼盤改變?yōu)榻饘俨馁|(zhì)，提高了光電編碼器的環(huán)境適應(yīng)性;通過獲取A、B相信號及獲取零位脈沖信號兩方面的改進(jìn)提高電路的抗干擾性及穩(wěn)定性。

通過本文的改進(jìn)措施提高了光電編碼器的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了抗惡劣環(huán)境的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王顯軍.基于SOC單片機(jī)的高集成度光電編碼器電路設(shè)計[J].光學(xué)精密工程，2011，19（5）：1082-1087.

[2]趙長海，萬秋華，等.24位絕對式光電編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2010，31（3）：468-471.

[3]劉長順，王顯軍，等.八矩陣超小型絕對式光電編碼器[J].光學(xué)精密工程，2010，12（2）：326-333.

作者簡介

劉長嶺，男，高級實驗師。endprint