光电旋转编码器在角度测量中的应用

　　光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移2数字变换的,从上世纪50年代开始应用于机床和计算仪器,因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点,在国内外受到重视和推广。近年来取得长足的发展,在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用,特别是在数控机床的精密定位方面使用较多。光电编码器按编码方式分为三类:增量式、绝对式和混合式。本文结合增量式光电编码器的实际使用情况介绍其基本原理及其与51系列单片机的接口设计。

　　1　各类编码器的特点

　　1.1　增量式编码器特点

　　增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。编码器的轴旋转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时,可利用90°相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。它的优点是原理、构造简单,机械平均寿命长,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。

　　1.2　绝对式编码器特点

　　绝对式编码器有与位置相对应的代码输出,通常为二进制码或BCD码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为0~360°。其特点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。但是分辨率是由二进制的位数来决定的,即精度取决于位数,目前有10位、14位等多种。

　　1.3　混合式编码器特点

　　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;另一组则完全与增量式编码器的输出信息等同。光电编码器是一种角度(角速度)检测装置,它将输入给轴的角度量,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。本文结合增量式光电编码器介绍其基本原理和与51系列单片机的接口设计。

　　2　增量式编码器的基本原理

　　增量式编码器是一种测量转动角度的传感器。如果与一些机械转换设备如齿轮传动等设备配合,增量式编码器同样也能用于测量线性位移。编码器将根据位置的变化产生相应的输出信号。通过光电转换装置,一块被条状光栅编码的由金属、塑料、玻璃,经特殊工艺加工的转盘被安装在轴上,随着转盘的转动将影响由红外二级管发射的信号。转盘上刻度数的多少代表分辨率的高低(即每转测量的点数多少),红外光线经过光盘过滤后由接收器接收并进行电子信号处理,最后信号就以规则的方波信号输出。