光学编码器分类及常用编码器原理介绍

什么叫编码器?
编码器是意指＂数字化的量尺＂借着编码器的出现，使量测工具得以结合＂光＂＂电＂和逻辑来运算，极快的量测速度，将量测工作推向新的里程碑。


1，编码器的分类
1. 以量测对象来分类
（1） 圆盘式光学编码器：以角度为量测对象。
（2） 直线式光学编码器：以长度为量测对象。
2. 以输出特性来分类
（1） 光电式：由刻有光栅之主尺及副尺所构成。
（2） 磁动式：由磁头及镀磁性层之长杆所构成。
（3） 静电电容式：由接收电极之主尺和发射电极及质测电极支副尺构成。
（4） 电磁感应式：由感应式滑块线圈及有刻度尺的金属基版。
2，光学编码器的优点
1. 光学的材质
光电编码器之周期性结构的标准物均为玻璃材料制程，历久不变形。
2. 精确度高、耐久性良好。
光电编码器主尺和副尺上之刻线精度，可以利用雷射干涉测量仪校验，最小条纹间隔之值可达20μm至10μm，再利用电路分割，所以精确度甚高。
3. 良好的保护构造。
光电编码器具有防油防尘的特性，在切削加工的环境中可进行精密量测的工作，增长量具使用寿命。
4. 维护容易
光电编码器量测时其两尺之间并无直接接触，因此即使移动亦不产生磨损。
3，增量式光学编码器
增量型光学编码器是将指示刻度组合后即可获得正弦波输出，同时进行变位量测。其圆板为等间隔的细缝及基准细缝，构造简单易于制造，价格便宜，零点可设定任意角度位置。在细缝图板上，有等间隔的细缝，检出亦有相同间隔的细缝两侧配置灯源，透镜，光检测器组件以检测信号。增量型计数的方式是可在任何点设立原点，然后再以数字的方式表示从该原点算起位移或角度之变化量。
　
图1 增量器光学编码器结构示意图
绝对型角度编码器示意图
以角度为量测对象，由于机件之直线及旋转运动常是由马达旋转来带动并作减速及转换。


圆盘式光学编码器又称光学分角仪，其原理：细缝板安装于旋转轴上，轴旋转时，由光电传感器可感应明暗的变化，光明暗
变化的取法具有细缝的圆盘与检出细缝相向而置，在两侧安装光源，准置透镜。当圆板旋转一个间距，光电传感器经由检出细缝得到一次光的明暗变化，将之转换为正弦波形的输出电压。圆板每旋转一间距，是取出一波形的输出信号，将之脉冲化，以计数器计算脉冲数，即可数字计测轴的旋转量。需要更细的读值时，可利用电子电路的分割、回路，如在每转2000分割的入码器加装4分割回路时，每转可得8000分割。光电式圆编码器大部分被用在电机中的旋转检测，或者A—B相的产生，如图3所示，在圆盘中有许多细密的小孔可以穿透光线，当圆盘旋转时会引起受光素子上的光线被切割，经过特殊的位置计算我们可以获得A—B相差90°的相位输出。

　
图3 圆盘式光学编码器
6，直线式光电编码器
“光学尺＂属于直线式光学编码器系统，它的基本工作方式是一样的，只是把运动的方向由圆形转为直线式，如图4所示，因此它也可以输出一个A—B相的信号来判断运动的方向是向左亦或是向右，而图5为直线式光学编码器的工作原理。
　
图4 光电式线性编码的组成

　
5.圆盘式光学编码器
4，绝对型角度编码器
　
最常见之圆盘式光学编码器是属于绝对值角度编码器，是利用数字编码的方式来表示从原点起的变位量，亦即在刻度尺刻上尺度记号，当副尺停止移动后，用读取符号测订刻度的位置。绝对型角度编码器之优点是读取坐标值，计数不会产生累
积误差，高速旋转时不必考骡侦测器及电路之响应时间，可靠性高，不会受到中断干扰之影响，但价格高昂。

图2
图5 直线式光电式编码器的原理