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1、3.3 码盘式传感器,码盘即为角编码器它是一种旋转式测量位置传感器，其转轴与被测轴相连接，随被测轴一起转动 。,图 3.14 接触式码盘 (a)电刷在码盘上的位置 （b）四位二进制码盘 （c）四位格雷码码盘 1码盘 2导电体 3绝缘体 4电刷 5激励公用轨道,3.3 码盘式传感器,3.3.1 绝对式编码器绝对式编码器能给出与每个角位置相对应的完整的数字量输出。由单个码盘组成的绝对式编码器，所测的角位移范围为0360o。若要测量大于360o的角位移或者轴的转数，需要多个码盘。,3.3 码盘式传感器,（a） （b） （c） 图 3.15 绝对轴编码盘 （a）直接二进制的6位接触（b）6位光学编码盘
2、直接二进制码（c）6位光学编码盘循环二进制码,3.3 码盘式传感器,（1）对码盘的要求接触式编码器的码盘基体是个绝缘体。码道是一组同心圆。码道的数目根据分辨率决定。同心圆环的径向距离即是码道宽。根据分辨率（n为码道数），计算出每周的分辨角度360o2n，以这个角度为间隔，在一周可产生 2n个扇形区，这样由正交的极坐标曲线族就可以得到2n组扇形网格。,3.3 码盘式传感器,根据二进制数的规律，某位为“1”，则对应码道的相应小网格，也应为高电平，即是导电区；相反是低电平，即非导电区。这样，每一组扇区对应一个二进制数。一般外轨道是低位，内轨道是高位。为了供电，需要另加一个供电码道，并与供电电刷相连。
3、所有码区的导电区与供电码道相连，如图3.15（a）所示。,3.3 码盘式传感器,（2）对编码器的安装要求 接触式编码器的主要组成部分是码盘和电刷，它们的安装直接影响编码器的精度。码盘安装时，要求码盘的中心孔和被测体刚性连接，同心度要好，并且码盘要和被测轴垂直。这样就避免了在旋转过程中某个轨道的电刷在相邻轨道间跳动。 电刷是由金属丝组成的，安装时既要保证每个电刷与相应码道精确对应，又要使所有的电刷在同一直线上。,3.3 码盘式传感器,2.光学编码器 这种编码器由光源、码盘和光电敏感元件所组成。基本的光学编码器如图所示。 （1）码盘 光学编码器的码盘是在一个基体上形成透明和不透明的码区，类似于接触
4、编码盘上的导电区和绝缘区。,图3.16 基本光学编码器,3.3 码盘式传感器,（2）光源光源是光学编码器的重要组成部件之一，而且也是光学编码器最经常发生故障的根源。对光源的选择应当考虑以下几点： 第一，光源的光谱要和光电敏感元件相适应。第二，要考虑光源的工作温度范围。 第三，为了减少故障，应当考虑灯泡的寿命。,3.3 码盘式传感器,（3）光电敏感元件光电敏感元件可采用光电二极管、光电三极管或硅光电池。,图3.19 光电管放大器电路,3.3 码盘式传感器,3.3.2 增量式编码器（增量轴编码器） 增量式编码器能以数字形式确定轴相对于某个基准点的瞬时角位置，也可以用于测量角速度。 1.增量式编码器
5、的组成 增量式编码器由码盘、敏感元件和计数电路组成。,3.3 码盘式传感器,图3.20 增量式码盘组成结构图,（1）码盘如图3.20所示，它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。（2）敏感元件敏感元件可以采用绝对编码器中的任意一种。可以是接触式的（电刷），也可以是非接触式的（光电系统或磁电系统）。但是，它们要和码盘相适应。,3.3 码盘式传感器,2.增量式编码器的工作原理,图3.21 增量编码器的轨道和输出关系图,3.3 码盘式传感器,图3.22是增量式编码器的电路原理图和施密特触发器的真值表。,图3.22 增量式编码器的电路原理图和史密特触发器的真值表,3.3 码盘式传感器,3.3.3
6、 编码器应用举例,图3.23 光学码盘测角示意图 1光源 2聚光镜 3码盘 4狭缝 5光电元件,光源1通过大孔径非球面聚光镜2形成均匀狭长的光束照射到码盘3上。根据码盘所处的转角位置，位于狭缝4后面的一排光电元件5输出相应的电信号。该信号经放大、鉴幅（鉴测“0”或“1”电平）、整形后，经当量变换、译码显示（纠错电路和寄存电路在需要时采用），即可测出待测量。,3.3 码盘式传感器,编码器在控制领域中的几个应用：,图3.24 编码器在控制领域中的应用,3.3 码盘式传感器,（3）计数器增量式编码器由于计算的是角位移的增量，所以为了计算相对于某个基准位置角位移的实际大小和方向，必须设置一个计数器。送
7、到计数器的计数脉冲，由施密特触发电路输出。,3.3 码盘式传感器,2.增量式编码器的工作原理,图3.21 增量编码器的轨道和输出关系图,3.3 码盘式传感器,图3.22是增量式编码器的电路原理图和施密特触发器的真值表 。,图3.22 增量式编码器的电路原理图和史密特触发器的真值表,3.3 码盘式传感器,3.3.3 编码器应用举例图3.23所示是光学码盘测角仪的原理图。光源1通过大孔径非球面聚光镜2形成均匀狭长的光束照射到码盘3上。根据码盘所处的转角位置，位于狭缝4后面的一排光电元件5输出相应的电信号。该信号经放大、鉴幅（鉴测“0”或“1”电平）、整形后，经当量变换、译码显示（纠错电路和寄存电路在需要时采用），即可测出待测量。,3.3 码盘式传感器,图3.23 光学码盘测角示意图 1光源 2聚光镜 3码盘 4狭缝 5光电元件,3.3 码盘式传感器,图3.24所示的是编码器在控制领域中的几个应用。,图3.24 编码器在控制领域中的应用,
