[发明专利]一种光电编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电编码器。

背景技术

光电编码器用于确定旋转物体的转速和位置，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。光电编码器由编码盘(光栅盘)和发光元件、光敏元件及数据处理装置等组成。发光元件和光敏元件分布在编码盘的两侧。编码盘上有规则地分布有透光和不透光的扇区。工作时，编码盘与电动机同轴，电动机旋转时，编码盘与电动机同速旋转，此时发光元件发出的光照射编码盘，光通过透光扇区由光敏元件接收，光敏元件输出的波形经过数据处理装置整形后变为脉冲，根据透光扇区的分布规律及输出脉冲的形状、数目等计算确定出旋转物体的转速及位置等信息。

光电编码器的核心部件是编码盘，编码盘上沿同心圆布置的透光和不透光的扇区组成码道。编码盘上有多条码道，每条码道均对应有相应的发光元件和光敏元件。现有的光电编码器主要有增量式、绝对式两种。

增量编码器的编码盘有三条码道。最外圈的码道上相间分布有弧度相同的透光与不透光的扇形区，用来产生计数脉冲；扇形区的多少决定了编码器的分辨率，扇形区越多，分辨率越高。中间一圈码道上有与外圈码道相同数目的扇形区，但错开半个扇形区，作为辨向码道。第三圈码道上只有一条透光的窄扇区(窄缝)，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲信号将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号。增量式编码器利用光电转换原理，通过编码盘的三条码道输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90°，用于判断旋转方向和转速。Z相为每旋转一圈输出一个脉冲，用于基准点定位。增量式编码器所需的光敏元件数量少，码道的数量也少，因此其构造简单，寿命长，抗干扰能力强，可靠较高。但增量式编码器无法输出轴转动的绝对位置信息和旋转角度，需要进行基准点定位脉冲；若在物体旋转过程中出现漏计或错计脉冲信号，则该误差对旋转角度检测结果的影响一直存在，并会进一步产生累积误差，直到得到基准点定位信号后才能得以修正。因此增量式光电编码器每次使用之前都必须先定基准点。

绝对式编码器的编码盘有N条同心码道，每一条码道由透光和不透光的扇区组成，每一码道对应有一光敏元件。工作时，当码盘旋转于不同位置时，各光敏元件根据该位置处的码道的扇形区透光与否转换出相应的高、低电平信号，形成数字二进制码，二进制数码的位数与码盘上的码道数对应；不同角度上各码道形成的二进制编码不同，从而绝对式编码器用在空间位置上标注的方式，将转动物体的位置转换为数字二进制码，使之在转轴的任意位置都可读出一个固定的数字码。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，其码盘有N条码道。其特点是：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。但是绝对式编码器分辨率由码道数确定，因此其编码盘的结构复杂，精度要求高，制作困难；且随着码道数的增多，光敏元件数目也大大增多，成本增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电编码器，该编码器既能输出轴转动的绝对位置信息，使用方便；且其制作简单，分辨率高，成本低，抗干扰能力强。

本发明实现其目的所采用的技术方案是：一种光电编码器，包括编码盘，编码盘上有透光和不透光的扇区组成的码道，编码盘的码道两侧设置有发光元件和光敏元件，光敏元件与数据处理装置相连，其结构特点是：

所述编码盘上的码道为内、外两条，一条为定位码道，另一条为编码码道，其中：

定位码道由大小相同、均匀分布的2^N个透光和不透光的扇区相间排列组成，N为大于等于2的正整数；

编码码道由与定位码道的扇区弧度相同的2^N个透光和不透光的扇区组成，透光扇区逻辑值为1，不透光扇区逻辑值为0，编码码道上的任意相邻的N个扇区构成N位二进制编码，且任意两组编码不相同，共有2^N组编码。

本发明的工作过程和原理是：

光电编码器工作时，随物体旋转，由于定位码道由相同的透光和不透光扇区相间组成，定位码道上对应的光敏元件输出宽度相同的定位脉冲信号，根据单位时间内脉冲的个数求出物体旋转速度。

同时，编码码道上的光敏元件感应编码码道扇区的变化，依次输出脉冲信号，由数据处理装置根据定位码道上的得到的定位脉冲信号作为定位基准时钟，将最近输出的N个脉冲信号转换为当前的N位二进制码。由于编码盘的码道上的任意相邻的N个扇区构成N位二进制编码，且任意两组编码不相同，每组码对应编码盘上的一个空间位置。因此，N位二进制码即对应于旋转物体当前的旋转角度和绝对位置。