概述：电机的方位检测在电机操控中是非常重要的，特别是需求依据准确转子方位操控电机运动状况的运用场合，如方位伺服系统。电机操控系统中的方位检测一般有：微电机解算元件，光电元件，磁敏元件，电磁感应元件等。这些方位检测传感器或许与电机的非负载端同轴衔接，或许直接安装在电机的特定的部位。其间光电元件的丈量精度较高，能够准确的反响电机的转子的机械方位，然后直接的反映出与电机衔接的机械负载的准确的机械方位，然后到达准确操控电机方位的意图。在本文中我将首要介绍高精度的光电编码器的内部结构、作业原理与方位检测的办法。
一、光电编码器的介绍：
光电编码器是经过读取光电编码盘上的图画或编码信息来表明与光电编码器相连的电机转子的方位信息的。依据光电编码器的作业原理能够将光电编码器分为肯定式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与作业原理做介绍。
（一）、肯定式光电编码器
肯定式光电编码器如图所示，他是经过读取编码盘上的二进制的编码信息来表明肯定方位信息的。
编码盘是依照必定的编码办法制成的圆盘。图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表明;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表明。一般将组成编码的圈称为码道，每个码道表明二进制数的一位，其间最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。假如编码盘有4个码道，则由里向外的码道别离表明为二进制的23、22、21和20，4位二进制可构成16个二进制数，因而就将圆盘区分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、1111。
图1
依照码盘上构成的码道装备相应的光电传感器，包含光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。当码盘转到必定的视点时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样构成与编码办法共同的高、低电平输出，然后取得扇区的方位脚。
（二）、增量式光电编码器
增量式光电编码器是码盘随方位的改变输出一系列的脉冲信号，然后依据方位改变的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此到达方位检测的意图。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的作业原理是是由旋转轴滚动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条互相错开90o相位的窄缝，并别离有光敏二极管接纳主光栅码盘透过来的信号。作业时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，经过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接纳相位差90o的近似正弦信号，再由逻辑电路构成转向信号和计数脉冲信号。为了取得肯定方位角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使方位角清零。运用增量式光电编码器能够检测电机的方位和速度。
二、光电编码器的丈量办法：
光电编码器在电机操控中能够用来丈量电机转子的磁场方位和机械方位以及转子的磁场和机械方位的改变速度与改变方向。下面就我就光电编码器在这几方面的运用办法做一下介绍。
（一）、运用光电编码器来丈量电机的转速
能够运用守时器/计数器合作光电编码器的输出脉冲信号来丈量电机的转速。详细的测速办法有M法、T法和M/T法3种。
M法又称之为测频法，其测速原理是在规则的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速办法，如图2所示，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周能够有4N个脉冲，由于两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。现在假定检测时间是Tc，计数器的记载的脉冲数是M1，则电机的每分钟的转速为
在实践的丈量中，时间Tc内的脉冲个数不必定正好是整数，并且存在最大半个脉冲的差错。假如要求丈量的差错小于规则的规模，比方说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。在必定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小差错，能够增大检测时间Tc单考虑到实践的运用检测时间很短，例如伺服系统中的丈量速度用于反应操控，一般应在0.01秒以下。由此可见，减小丈量差错的办法是选用高线数的光电编码器。
M法测速适用于丈量高转速，由于关于给定的光电编码器线数N机丈量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，差错也就越小。
T法也称之为测周法，该测速办法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的办法，如图3所示。例如时钟频率为fclk,计数器记载的脉冲数为M2，光电编码器是N线的，每线输出4N个脉冲，那么电机的每分钟的转速为
为了减小差错，期望尽可能记载较多的脉冲数，因而T法测速适用于低速运转的场合。但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超越计数器最大计数值而发生溢出;别的，时间太长也会影响操控的快速性。与M法测速相同，选用线数较多的光电编码器能够进步对电机转速丈量的快速性与精度。
M/T法测速是将M法和T法两种办法结合在一起运用，在必定的时间规模内，一起对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数，则电机每分钟的转速为
实践作业时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿守时器开端守时，一起开端记载光电编码器和时钟脉冲数，守时器守时Tc时间到，对光电编码器的脉冲中止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时间，时钟脉冲才中止记载。选用M/T法既具有M法测速的高速长处，又具有T法测速的低速的长处，能够掩盖较广的转速规模，丈量的精度也较高，在电机的操控中有着非常广泛的运用。
（二）运用增量式光电编码器来判别电机转速方向的原理
增量式光电编码器输出两路相位相差90o的脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90o，此刻逻辑电路处理后可构成高电平的方向信号Dir。当电机回转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90o，此刻逻辑电路处理后的方向信号Dir为低电平。因而依据超前与滞后的联系能够确认电机的转向。其转速辩相的原理如图4所示
图4转向判别原理图
（三）、增量式光电编码器的反应脉冲的四倍频原理
在运用增量式编码器时，经过计相位相差90o的两路正交脉冲信号A和B的上升沿与下降沿已到达将增量式编码器的反应脉冲四倍频的意图。这样在不添加增量式光电编码器的线数的情况下，就能够取得更精度高的方位脉冲信息，以完成对电机方位的准确操控。其作业原理与脉冲的相位联系如图5所示
图5 脉冲四倍频相位联系图
结束语：
光电式编码器有着杰出的抗干扰特性与运用的可靠性，在电机操控这种有着极高电磁感染的运用环境下有着宽广的运用远景。信任在不久的将来光电式编码器必定会在电机操控范畴发挥更为重要的效果。而咱们关于光电式编码器的研讨也就显得分外的重要。
