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Confidential and internal use only 光电编码器基础知识培训 ICG TianJin China 2009.4.30 1 Confidential and internal use only 编码器的分类与应用 编码器的主要技术参数 编码器基本工作原理 编码器的命名方式 2 Confidential and internal use only 1 编码器的基本工作原理 光电编码器,又称光电角位置传感器。是集成光机 电为一体的数字测角装置,主要是以高精度计量光栅 为检测元件,通过光电转换,将轴的机械角位移信息转 换成相应的数字代码,用他可以实现角位移、角速度、 和角加速度及其他物理量的精确测量,输出信号与计算 机相连接,不仅能够实现数字测量与数字控制,而且与其 他同类用途的传感器相比,具有精度高、测量范围广、 使用可靠、易于维护等优点。因此已普遍应用在雷达、 光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度 闭环调速系统等诸多领域,是自动化设备理想的角度传 感器。 3 Confidential and internal use only 1:光源(LED) 2:透镜(Lens) 3:指示光栅 4:码盘(Disk) 5:接受器( ASIC) 点光源(LED)发出的光经过透镜(Lens)的折射变成准直的平行光,通 过光栅和码盘,照射到光电接受器上,如果码盘发生转动,光线就会把码 盘转动的情况反应到接受器上。接受器会把这些光信号转换成电信号输出 ,从而以电脉冲的形式反应出物理的运动量(位移、角速度、加速度)。 4 Confidential and internal use only 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 冲信号 5 Confidential and internal use only 增量信号: 由A,B,Z等信号组成可以反 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。 6 Confidential and internal use only 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。 7 Confidential and internal use only UVW ASIC 正在发光的LED、 Lens组合件 ABZ ASIC 码盘 8 Confidential and internal use only 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 9 Confidential and internal use only 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 10 Confidential and internal use only 附录 :信号倍频的原理 11 Confidential and internal use only 附录 :模拟信号积分放大的原理 12 Confidential and internal use only 附录 :放大及驱动电路的原理 13 Confidential and internal use only 附录 :典型编码器PCB原理图(增量式) 14 Confidential and internal use only 附录 :典型编码器倍频电路原理图(增量式 ) 15 Confidential and internal use only16 Confidential and internal use only17 Confidential and internal use only18 Confidential and internal use only19 Confidential and internal use only20 Confidential and internal use only 2 编码器的主要分类 从工作原理分 1光电式 2磁电式 3机械式 从信号分 1增量式(F10 F14 F18) 2绝对式(AC58) 从轴形式分 1空心轴(F series) 2实心轴(RI41 RI58 76) 从机械结构分 1组合式 2无轴承(M series) 3封闭式 21 Confidential and internal use only 3 编码器的主要技术参数 脉冲精度时针方向电源电压消耗电流 电压输出集电极开路驱动器输出信号协议 互补输出绝缘阻抗响应频率 最大机械转速 启动力拒径向跳动 时针方向 轴向串动端面跳动 22 Confidential and internal use only 4 编码器的命名方式 23
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