增量式编码器

3.5.1　增量式编码器

增量式光电脉冲编码器亦称光电码盘、光电脉冲发生器等。增量式光电编码器原理如图3-19所示。编码器的圆盘上等角距地开有两道缝隙，内外圈的相邻两缝距离错开半条缝；另外在某一径向位置，一般在内外圈之外，开有一狭缝，表示码盘的零位。在它们的相对两侧面分别安装光源和光电接收元件。

码盘基片转动时，光敏元件把通过光电盘和光栅板照射来的忽明忽暗的光信号（近似于正弦信号）转换为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计量脉冲的数目，即可测出工作轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。

从光栏板上两条狭缝中检测的信号A和B，是具有90°相位差的两个正弦波，这组信号经放大器放大与整形，输出的波形如图3-20所示。根据先后顺序，可判断光电盘的正反转。

图3-19　增量式光电脉冲编码器

图3-20　脉冲编码器输出的波形

若A相超前于B相，对应电动机正转；若B相超前A相，对应电动机反转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。

此外，在脉冲编码器的里圈还有一条透光条纹C，用以产生基准脉冲，又称零点脉冲，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲。如数控车床切削螺纹时，可将这种脉冲当作车刀进刀点和退刀点的信号使用，以保证切削螺纹不会乱牙。也可用于高速旋转的转数计数或加工中心等数控机床上的主轴准停信号。

在应用时，从脉冲编码器输出的信号是差动信号，差动信号的传输大大提高了传输的抗干扰能力。同时，在数控装置中，常对上述信号进行倍频处理，进一步提高其分辨率，从而提高位置控制精度。如果数控装置的接口电路从信号A的上升沿和下降沿各取一个脉冲，则每转所检测的脉冲数提高了一倍，称为二倍频。同样，如果从信号A和信号B的上升沿和下降沿均取一个脉冲，则每转所检测的脉冲数为原来的四倍，称为四倍频。例如，选用配置2 000P/r光电编码器的电动机直接驱动8mm螺距的丝杠，经数控装置四倍频处理，可达8 000P/r的角度分辨率，对应工作台0.001mm的分辨率。四倍频信号的获取波形如图3-21所示。

图3-21　四倍频信号的波形

当利用脉冲编码器的输出信号进行速度反馈时，可经过频率-电压转换器（f/V）变成正比于频率的电压信号，作为速度反馈，供给模拟式伺服驱动装置。对于数字式伺服驱动装置则可直接进行数字测速。