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KUBLER光電編碼器工作原理
點(diǎn)擊次數(shù):1783 更新時間:2014-12-30

KUBLER光電編碼器工作原理
一、庫伯勒光電編碼器的工作原理
庫伯勒光電編碼器,是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用zui多的傳感器,庫伯勒光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸,電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時,光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號,其原理示意圖如圖1所示;通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外,為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。                      庫伯勒光電編碼器工作原理
根據(jù)檢測原理,庫伯勒編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式,可分為增量式、式以及混合式三種。
(一)庫伯勒增量式編碼器
庫伯勒增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差90o,從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖,用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單,機(jī)械平均壽命可在幾萬小時以上,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的位置信息。
(二)庫伯勒式編碼器
庫伯勒編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器,在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道,每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù),在碼盤的一側(cè)是光源,另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件;當(dāng)碼盤處于不同位置時,各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號,形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器,在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然,碼道越多,分辨率就越高,對于一個具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器,其碼盤必須有N條碼道。
庫伯勒式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制(葛萊碼)方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。庫伯勒式編碼器與庫伯勒增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形,庫伯勒編碼器可有若干編碼,根據(jù)讀出碼盤上的編碼,檢測位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是:
1.可以直接讀出角度坐標(biāo)的值;
2.沒有累積誤差;
3.電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的,也就是說精度取決于位數(shù),目前有10位、14位等多種。
(三)庫伯勒混合式值編碼器
庫伯勒混合式值編碼器,它輸出兩組信息:一組信息用于檢測磁極位置,帶有信息功能;另一組則*同增量式編碼器的輸出信息。
庫伯勒光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置,它將輸入給軸的角度量,利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量,具有體積小,精度高,工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。
二、庫伯勒光電編碼器的應(yīng)用電路                 
(一)EPC-75光電編碼器的應(yīng)用           KUBLER光電編碼器工作原理
EPC-75光電編碼器具備良好的使用性能,在角度測量、位移測量時抗干擾能力很強(qiáng),并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號,且該脈沖信號經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測量的數(shù)字信號。因此,我們在研制汽車駕駛模擬器時,對方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用EPC-75光電編碼器作為傳感器,其輸出電路選用集電極開路型,輸出分辨率選用360個脈沖/圈,考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動是雙向的,既可順時針旋轉(zhuǎn),也可逆時針旋轉(zhuǎn),需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路,鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成,計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成當(dāng)光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)時,通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°,D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為高電平,Q(波形W2)為低電平,上面與非門打開,計(jì)數(shù)脈沖通過(波形W3),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的加脈沖輸入端CU,進(jìn)行加法計(jì)數(shù);此時,下面與非門關(guān)閉,其輸出為高電平(波形W4)。當(dāng)光電編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)時,通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°,D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為低電平,Q(波形W2)為高電平,上面與非門關(guān)閉,其輸出為高電平(波形W3);此時,下面與非門打開,計(jì)數(shù)脈沖通過(波形W4),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。        KUBLER光電編碼器工作原理
汽車方向盤順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)時,其zui大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半,選用分辨率為360個脈沖/圈的編碼器,其zui大輸出脈沖數(shù)為900個;實(shí)際使用的計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成,在系統(tǒng)上電初始化時,先對其進(jìn)行復(fù)位(CLR信號),再將其初值設(shè)為800H,即2048(LD信號);如此,當(dāng)方向盤順時針旋轉(zhuǎn)時,計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048~2948,當(dāng)方向盤逆時針旋轉(zhuǎn)時,計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048~1148;計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0~D11送至數(shù)據(jù)處理電路。
KUBLER光電編碼器工作原理

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