光電編碼器在電機控制中的應用

概述：電機的位置檢測在電機控制中是十分重要的，特別是需要根據精確轉子位置控制電機運動(dòng)狀態(tài)的應用場(chǎng)合，如位置伺服系統。電機控制系統中的位置檢測通常有：微電機解算元件，光電元件，磁敏元件，電磁感應元件等。這些位置檢測傳感器或者與電機的非負載端同軸連接，或者直接安裝在電機的特定的部位。其中光電元件的測量精度較高，能夠準確的反應電機的轉子的機械位置，從而間接的反映出與電機連接的機械負載的準確的機械位置，從而達到精確控制電機位置的目的。在本文中我將主要介紹高精度的光電編碼器的內部結構、工作原理與位置檢測的方法。

一、光電編碼器的介紹：

　　光電編碼器是通過(guò)讀取光電編碼盤(pán)上的圖案或編碼信息來(lái)表示與光電編碼器相連的電機轉子的位置信息的。根據光電編碼器的工作原理可以將光電編碼器分為絕對式光電編碼器與增量式光電編碼器，下面我就這兩種光電編碼器的結構與工作原理做介紹。

　?。ㄒ唬?、絕對式光電編碼器

　　絕對式光電編碼器如圖所示，他是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的二進(jìn)制的編碼信息來(lái)表示絕對位置信息的。

　　編碼盤(pán)是按照一定的編碼形式制成的圓盤(pán)。圖1是二進(jìn)制的編碼盤(pán)，圖中空白部分是透光的，用“0”來(lái)表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”來(lái)表示。通常將組成編碼的圈稱(chēng)為碼道，每個(gè)碼道表示二進(jìn)制數的一位，其中最外側的是最低位，最里側的是最高位。如果編碼盤(pán)有4個(gè)碼道，則由里向外的碼道分別表示為二進(jìn)制的23、22、21和20，4位二進(jìn)制可形成16個(gè)二進(jìn)制數，因此就將圓盤(pán)劃分16個(gè)扇區，每個(gè)扇區對應一個(gè)4位二進(jìn)制數，如0000、0001、…、1111。

圖1

　　按照碼盤(pán)上形成的碼道配置相應的光電傳感器，包括光源、透鏡、碼盤(pán)、光敏二極管和驅動(dòng)電子線(xiàn)路。當碼盤(pán)轉到一定的角度時(shí)，扇區中透光的碼道對應的光敏二極管導通，輸出低電平“0”，遮光的碼道對應的光敏二極管不導通，輸出高電平“1”，這樣形成與編碼方式一致的高、低電平輸出，從而獲得扇區的位置腳。

　?。ǘ?、增量式光電編碼器

　　增量式光電編碼器是碼盤(pán)隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號，然后根據位置變化的方向用計數器對脈沖進(jìn)行加/減計數，以此達到位置檢測的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤(pán)、鑒向盤(pán)、光敏元件和電子線(xiàn)路組成。

　　增量式光電編碼器的工作原理是是由旋轉軸轉動(dòng)帶動(dòng)在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤(pán)旋轉，在主光柵碼盤(pán)的上面有與其平行的鑒向盤(pán)，在鑒向盤(pán)上有兩條彼此錯開(kāi)90o相位的窄縫，并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤(pán)透過(guò)來(lái)的信號。工作時(shí)，鑒向盤(pán)不動(dòng)，主光柵碼盤(pán)隨轉子旋轉，光源經(jīng)透鏡平行射向主光柵碼盤(pán)，通過(guò)主光柵碼盤(pán)和鑒向盤(pán)后由光敏二極管接收相位差90o的近似正弦信號，再由邏輯電路形成轉向信號和計數脈沖信號。為了獲得絕對位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉一周，輸出一個(gè)零位脈沖，使位置角清零。利用增量式光電編碼器可以檢測電機的位置和速度。