光電編碼器的原理及其應用

常用的光電編碼器是增量光電編碼器，也稱為光電編碼器、光電脈沖編碼器、光電脈沖編碼器等。它們將機械旋轉角度轉換為電脈沖，常用作數控機床上的角度路徑識別部件。它們也可以用于角速度檢測。從這個名字我們可以知道光電編碼器通過光檢測位置信號。光電編碼器主要由四個部件組成：

  光源（通常為LED）
  傳感器
  可旋轉的碼盤
  遮光掩碼盤

根據某些編碼規則形成的遮光透明軌道被刻在與測量軸同心的碼盤上。編碼器的一側是發光的LED，另一側是接收光的傳感器。測量軸的旋轉會在流經碼盤的光束中產生不連續性。通過接收光電子器件和電路準備，產生特定的電信號進行輸出，然后可以使用數字處理來計算位置和速度信息。



在光電編碼器中，每個傳感器用于捕獲信號。一個條形碼軌跡可以通過兩個傳感器進行檢測，并且這兩個傳感器檢測到的信號具有一定的相位偏差。從這組有相位差的信號中，我們可以得到更多的信息，比如旋轉的方向。如果我們需要一個零信號來進行脈沖計數校正，那么編碼器上通常有另一個軌道來生成零信號。

采用光學相位陣列技術的光電編碼器比傳統設計更可靠。光學相位陣列技術的原理是將多個信號的平均值收集為單個信號，因此其優點是收集的信號更穩定可靠，適用于采礦、重型機械等更復雜的環境。這些環境中的振動和振動會影響傳統編碼器的信號采集。此外，具有光學相位陣列技術的編碼器比傳統光電編碼器具有更低的安裝精度要求。

光電編碼器的測量精度

光電編碼器的測量精度取決于它能分辨的最小角度，這與碼盤圓周上的條紋數量有關，即分辨率角度。α＝360°/槽數。如果條數為1024，則分辨率角α＝360°/1024＝0.352°。光電編碼器的輸出信號A、B為差分信號。差分信號顯著提高了傳輸的干擾防護能力。在CNC系統中，上述信號經常經過倍頻以進一步提高分辨率。例如，配備2000脈沖/r光電編碼器的伺服電機直接驅動傾斜8mm的滾珠絲杠，經過CNC系統四倍頻率的加工，角度分辨率對應于8000脈沖/r，對應工作臺的線性分辨率增加了0.004mm，然后倍頻增加到0001mrn。光電編碼器的優點是無接觸磨損、碼盤壽命長、允許速度高，并且可以使外圈寬度非常小，從而獲得高精度。缺點是結構復雜，價格相對較高，光源的使用壽命相對較短。

光電編碼器的應用

基于每轉發射的脈沖數量，有不同型號的增量光電編碼器。例如，下表列出了最常用的數控機床，這些機床是根據數控機床的螺紋傾角選擇的。

為了滿足高速、高精度數字伺服系統的要求，高分辨率光電脈沖編碼器相繼被開發出來。現在有編碼器，每轉發射10萬甚至數百萬個脈沖，這些光電脈沖編碼器設備內部配備了微處理器。

光電編碼器通過特殊設計可以實現非常高的精度，單環分辨率也可以超過400萬個脈沖。這些優勢使光電編碼器在許多需要高分辨率的情況下占有一席之地，例如計算機鼠標、復印機或醫療機器。通過使用光學相位陣列技術，光電編碼器也可以用于更惡劣的環境，如塔基。

盡管我們在一些極端惡劣的環境中考慮磁編碼器，但我們需要考慮光電編碼器的精度和分辨率對我們的系統是否更重要，或者磁編碼器的可靠性是否更重要。

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