光学编码器芯片模块组成_工作原理_优缺点

编码器是一种运动检测设备，可在闭环控制系统中提供反馈。编码器的主要功能是将设备零件的旋转运动或直线运动转变为电信号，然后传递给控制系统，通过使用编码器，设备部件的精确位置，旋转速度或方向和角度&没有。可以识别电机轴转换。

目前市场上有不同类型的编码器，根据技术类型、运动、各种参数等进行分类。基于运动的编码器分为线性、旋转和角度。基于位置的编码器分为绝对式编码器和增量式编码器。基于传感技术的编码器分为光学式、磁性式和电容式。基于通道的编码器分为单通道和正交。在本文中，简单介绍一种编码器类型，即光学编码器-工作原理及其应用。

什么是光学编码器？

一种利用光源、光栅和光敏检测器将位置从旋转或直线改变为电信号的机电装置，称为光学编码器。这些编码器广泛应用于不同的机床、办公设备，以及作为工业机器人中的高精度位置控制传感器。

光学编码器的工作原理是，简单地检测通过狭缝的光信号并将其转换为电信号。与磁性编码器相比，该编码器可以非常简单地提高精度和分辨率，以便在产生强磁场的应用中使用。光学编码器允许不同的控制器测量不同类型的运动。这些编码器提供非常精确的反馈信号，用于验证实际电机或线性执行器的位置、加速度和速度。

结构设计

光学编码器设计有LED、光电传感器和称为码轮的圆盘，包括径向方向的狭缝，并将旋转位置数据检测为光信号。一旦连接到旋转轴（如电机）的码盘旋转，就会根据永久发光元件产生的光是否穿过码盘的狭缝来生成光信号。光电传感器注意到光信号并将其转换为电信号并输出。

1、发光装置（LED）

在光学编码器中，使用廉价的IR LED，尽管有时使用波长较短的彩色LED来抑制光扩散。此外，在需要高分辨率和高性能的地方使用昂贵的激光二极管。

2、镜片（Lens）

LED光是通过小方向性的漫射光，因此使用凸透镜使其平行。

3、码盘（Code Wheel）

码盘看起来像一个包含狭缝的圆盘，允许或阻挡发光二极管发出的光。码盘由金属、玻璃和树脂材料制成。其中，金属材料对温度湿度和振动有很强的抵抗力。树脂材料并不昂贵，但适合大规模生产并用于基于消费者的应用。玻璃材料主要用于需要最大分辨率和精度的地方。此外，在码盘附近设置了一个固定狭缝，以明确LED发出的光穿过码盘并进入集光元件的通过或阻挡。

4、光电传感器（Photo Sensor）

光电传感器通常是由硅、锗和磷化铟镓等半导体材料制成的光电晶体管/光电二极管。

光学编码器与Arduino的连接

接下来看看如何使用Arduino Uno连接光学旋转编码器。这是一种在圆柱形外壳中带有旋转轴的机械装置。在圆形平面盘上，有两组槽。在该圆盘任何一侧，都连接了光学传感器，其中发射器组在一侧，发送的接收器在另一侧。每当开槽圆盘在传感器之间旋转时，它就会切割光学传感器，因此信号将在接收端产生。其中，接收器连接到微控制器以处理生成的信号，通过这种方式我们可以确定轴旋转了多少。轴旋转的方向可以通过简单地比较两个o/ps的信号极性来确定，因为圆盘上的两组槽存在一定的偏移。

与Arduino连接的光学编码器如下所示，此接口所需的组件主要包括光学编码器、Arduino Uno板和连接线：

• 该编码器的红色线连接到Arduino Uno的5V引脚。
• 该编码器的黑色线连接到 Arduino Uno的GND引脚。
• 光学编码器的白色线 (OUT A) 连接到Arduino Uno的中断器引脚，如Pin-3。
• 该编码器的绿色线 (OUT B) 连接到Arduino Uno 的其它中断器引脚，如Pin-2。

此处光学编码器的输出线（如白色和绿色线）应仅连接到Arduino Uno板的中断引脚，否则Arduino板将不会记录来自该编码器的每个脉冲。

主要类型

光学编码器有透射型和反射型两种类型，具体的介绍如下所示。

1. 透射型；在透射型光学编码器中，光电传感器检测发光二极管发出的光信号是否通过码盘的狭缝。透射式光学编码器的主要优点包括：由于相当简单的光学通道，它可以轻松和简单地提高信号的准确性。
2. 反光型；在反射型光学编码器中，光电传感器检测发光二极管发出的光信号是否通过码轮反射。反射式光学编码器的优点主要包括：小型化和薄型化很简单。由于这些是通过堆叠技术设计的；然后可以简化组装过程。

光学编码器与磁性编码器

光学编码器和磁性编码器之间的区别包括以下几方面内容：

优缺点

光学编码器的优点包括以下内容：