光電編碼器是一種利用光電轉換原理將機械位移(如旋轉角度、直線位移)轉化為電信號的裝置,其核心是通過光線的遮擋與透射變化來識別位置或運動狀態。以下是其詳細工作原理:
光電編碼器的工作依賴于四個關鍵部分的協同作用:
光源:通常為紅外發光二極管(LED),提供穩定的平行光束。
碼盤:與運動部件(如電機軸)同步轉動的透明圓盤,表面刻有規律排列的明暗條紋(透光區與不透光區),條紋的密度決定了編碼器的精度(如每圈 1024 條條紋)。
光柵(遮光盤):固定不動的薄片,與碼盤條紋圖案匹配,用于過濾雜光并確保光線僅通過特定區域。
光敏元件:如光電二極管或光電三極管,接收透過碼盤和光柵的光線,將光信號轉化為電脈沖信號。
以旋轉式光電編碼器(最常見類型)為例,其工作步驟如下:
光線發射:光源發出的光線垂直照射到碼盤上。
碼盤轉動與光線調制:
當碼盤隨機械軸轉動時,其表面的明暗條紋會交替遮擋或透射光線 ——
光信號轉電信號:
光敏元件根據接收的光線強度變化(有無光線),輸出對應的電信號(高電平 / 低電平)。碼盤每轉動一個條紋間距,光敏元件就會輸出一個脈沖信號。
信號處理:
電脈沖信號經放大、整形后,傳輸給控制系統(如 PLC、單片機),系統通過計數脈沖數量計算位移量(如旋轉角度 = 脈沖數 × 單條紋對應角度),通過脈沖頻率計算速度(如轉速 = 脈沖頻率 / 每圈條紋數)。