什么是光學(xué)編碼器？

光學(xué)編碼器是一種使用光學(xué)傳感器檢測(cè)物理量的編碼器。

編碼器是一種位置傳感器，可檢測(cè)線(xiàn)性軸的移動(dòng)量或旋轉(zhuǎn)角度等物理量，并將位置信息輸出為電信號(hào)。對(duì)于光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)一個(gè)帶有狹縫的圓盤(pán)（稱(chēng)為碼盤(pán)），然后光學(xué)傳感器檢測(cè)穿過(guò)狹縫或從狹縫反射的光。 

編碼器有兩種類(lèi)型：檢測(cè)線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)性編碼器和測(cè)量旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)配合使用，應(yīng)用范圍廣泛，是目前常用的編碼器。

光學(xué)編碼器應(yīng)

編碼器廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。尤其是光學(xué)編碼器，其精度高、分辨率高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)較高的速度。因此，它們廣泛應(yīng)用于對(duì)信號(hào)精度要求較高的工業(yè)設(shè)備應(yīng)用，例如伺服控制、電梯電機(jī)控制、空心軸電機(jī)控制以及高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制。

此外，由于它可以在產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境中使用，而不會(huì)受到周?chē)艌?chǎng)的影響，因此對(duì)于MRI（磁共振成像）設(shè)備和線(xiàn)性電機(jī)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)單元和定位控制等應(yīng)用非常有用。

光學(xué)編碼器結(jié)構(gòu)

光學(xué)編碼器由發(fā)光元件（例如 LED）、光接收元件（例如光電二極管或光電晶體管） 、透鏡以及稱(chēng)為碼盤(pán)的帶有狹縫的圓盤(pán)組成。

1.發(fā)光元件（LED）

光學(xué)編碼器通常使用紅外LED作為發(fā)光元件。為了減少光漫射，也可以使用短波長(zhǎng)彩色LED。對(duì)于需要高性能和高分辨率的應(yīng)用，則使用更昂貴的激光二極管。

2. 鏡頭

發(fā)光元件發(fā)出的光是方向性不強(qiáng)的漫射光，利用凸透鏡轉(zhuǎn)換成平行光。

3. 碼盤(pán)

碼盤(pán)是一個(gè)帶有孔的圓盤(pán)，孔允許光線(xiàn)穿過(guò)或阻擋光線(xiàn)。它可以由金屬、樹(shù)脂、玻璃或其他材料制成。金屬碼盤(pán)具有抗震、耐高溫和耐濕的特性，非常適合工業(yè)應(yīng)用。

樹(shù)脂鏡片價(jià)格低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)，用于消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用，而當(dāng)需要高精度和高分辨率時(shí)則使用玻璃鏡片。

4.光電探測(cè)器

一般采用硅、鍺、磷化銦鎵等半導(dǎo)體材料制成的光電二極管或光電晶體管作為受光元件。

光學(xué)編碼器類(lèi)型

光學(xué)編碼器有兩種類(lèi)型：透射式和反射式。

1.透明型

透射式中，發(fā)光元件和受光元件分別位于碼盤(pán)的兩側(cè)，檢測(cè)發(fā)光元件發(fā)出的光是被碼盤(pán)中的狹縫透射還是阻擋。

2.反射型

反射式是將發(fā)光元件和受光元件放置在同一表面上，通過(guò)檢測(cè)光是否被碼盤(pán)的反射器反射來(lái)判斷。

光學(xué)編碼器的原理

在光學(xué)編碼器中，穿過(guò)碼盤(pán)或從碼盤(pán)反射的光會(huì)被光電探測(cè)器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。碼盤(pán)上的每個(gè)狹縫都會(huì)對(duì)應(yīng)光的亮滅，光電探測(cè)器接收到后輸出脈沖信號(hào)。由于狹縫間距均勻，因此可以通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù)量來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速。

光學(xué)編碼器通常使用兩個(gè)相位差四分之一周期的脈沖信號(hào)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)方向。 

如何選擇光學(xué)編碼器

光學(xué)編碼器由于反射部和狹縫的物理尺寸固定，因此信號(hào)精度較高。然而，為了提高分辨率，狹縫的形成距離存在物理極限，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致編碼器尺寸較大、價(jià)格較高。

這類(lèi)顯示器容易受到灰塵和油污的影響，導(dǎo)致光線(xiàn)遮擋。為了穩(wěn)定信號(hào)輸出，必須使電流通過(guò)發(fā)光元件，因此很難降低功耗。