【光电编码器电路原理分析】 光电编码器的工作原理
光电编码器电路原理分析
崔帆 赵晓曦 黄楠
(唐钢自动化公司 河北唐山 063000)
摘要：本文以光电编码器为例介绍了数控检测系统的种类，详细分析了光电编码器的结构原理。分析SZLF-102.4BM-C05L光电脉冲编码器电路原理，把机械转角通过光电转换元件将变化的光信号转换成近似正弦波的电信号，然后由放大电路、整形电路、经频率---电压变换器变成正比于频率的电压，作为速度反馈信号，供给速度控制单元，进行速度调节。
关键词：编码器 增量式 圆光栅 莫尔条纹 光电效应中图分类号: TH86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2011）06-0166-01
1、前言
在数控机床的控制系统中，为保证数控机床的加工精度要求，检测装置则是数控机床的重要组成部分。用以准确的测量出当前工作台的位移量或丝杠的转角，并将测量结果反馈给控制系统。建立完善的闭环数控系统是数控机床保证加工精度的前提。精密的检测装置是数控机床加工精度的重要保证。
冲信号。通过计量脉冲的数目和频率即可测出工作轴的转角和转速。
4、光电脉冲编码器电路的工作原理
以CZ6132数控车床主轴电机上所使用的SZLF-102.4BM-C05L光电脉冲编码器为例，分析电路工作原理。原理图如图1所示。
该脉冲编码器是采用圆光栅的光电脉冲编码器。每转产生1024个脉冲，光线由光源G发出，当光线透过圆光栅和指示光栅的线纹后，在光电元件上形成明暗相间按正弦规律分布的莫尔条纹，当圆光栅随电机转动时，莫尔条纹也相应的移动，则光电元件上的光线强弱发生变化，光电元件将变化的光信号转换成近似正弦波的电信号。D1、D3为A组，D2、D4为B组，每组的两个光电元件在莫尔条纹光线上的对应位置相位相差180度，两组所对应的元件D1与D2 (D3与D4) 在相位上相差90度。两组光电元件产生相位相差90度的正弦波的信号，两组信号分别加到电压比较器A1、A2。以图中A相为例分析信号传输过程。在正弦波正半周时，A1同相端IC1（LM339N 9脚）为高电平，反相端IC1（8脚）为低电平（电位差只有零点几伏），经比较器A1 IC1（14脚）输出高电平（+5V）。相反，在正弦波的负半周，A1同相端IC1(9脚)为低电平，反相端IC1（8脚）为高电平，（14脚）输出低电平（0V）。A1的输出IC1(14脚），直接送到IC2（KS74HCTLS12N）的3、4、5脚（为三输入端的与非门，三个输入端接到一起作为非门电路使用），IC2的6脚输出经R13，送到IC3（MC3487N）的7脚，经功放处理，由IC3的5、6脚输出，6脚输出信号与输入信号相位相同，5脚输出信号与输入信号相位相反。
在应用时，从脉冲编码器输出的A和A ，B和B 四个方波被引入位置控制电路，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲。经频率---电压变换器变成正比于频率的电压，作为速度反馈信号，供给速度控制单元，进行速度调节。
2、检测装置的种类
数控检测装置从不同的角度看可分为不同的类型；
(1)按测量方法分为增量式和绝对式两大类。绝对式是指直接把被侧转角或位移转换成相应的代码，指示出绝对位置，没有累积误差，而且除电源后位置信息不会丢失；增量式检测装置是测出被测转角或位移量的相对值，通常以滑尺相对定尺的位移量，且以机床或工件上某一点为参考点，反映工作台或刀具相对某参考点的增量。
(2)按检测装置的运动形式分为旋转型和直线型两类。直线型位置检测装置用来测量运动部件的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转角量（转动位移量）间接测量其直线位移量。从信号的转换原理可分为光电效应、光栅效应、电磁感应、压电效应、磁阻效应等类型的检测装置。
3、脉冲编码器分类和结构
脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器。它把机械转角变成电脉冲，是一种常用的角位移传感器。脉冲编码器分光电式、接触式和电磁感应式三种。光电式的精度与可靠性都优于其他两种，因此数控机床上只使用光电式脉冲编码器。
增量式光电脉冲编码器最初的结构就是一种光电盘。在一个圆盘的圆周上分成相等的透明与不透明部分，圆盘与工作轴一起旋转。此外还有一个固定不动的扇形薄片与圆盘平行放置，并制作有辨向狭缝（或狭缝群），当光线通过这两个作相对运动的透光与不透光部分时，使光电元件接受到的光通量也时明时暗地连续变化（近似于正弦信号），经放大、整形电路的变换后变成脉
5、结语
数控检测系统的种类比较多，这里给出了光电脉冲编码器的电路原理图，介绍了编码器的结构及工作原理，详细分析并画出了正转时电路中个点的信号波形。从光源、光电元件到信
息处理电路，都从原理上作了细致的分析。力求达到了通俗易懂的目的。参考文献
[1]王凤藴. 数控原理与典型数控系统[M].北京:高等教育出版社,2003.9.[2]韩鸿鸾. 数控原理与维修技术[M].北京:机械工业出版社,2004.4.[3]黄尚先.现代机床数控技术[M].北京:机械工业出版社,1996.9.
[4]王爱玲.现代数控原理及控制系统[M].北京:国防工业出版社,2005.1. [5]任建平.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京:国防工业出版社,2005.1.
图1 SZLF-102.4BM-C05L光电脉冲编码器结构图