专利名称：测量电机旋转方向和速度的光电式编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机，尤其是涉及一种用于测量电机旋转方向和速度的光电式编码
O
背景技术：
在电机的控制技术中，通常需要采用编码器来测量电机的转速及判别旋转方向。 目前，在工程技术领域中应用的编码器主要是光电式编码器，将光电码盘安装在电机的驱动轴上，驱动轴旋转时带动光电码盘旋转，光发射器发出的连续光被光电码盘上均勻分布的透光扇区和不透光扇区切割成断续光线，如图1-1所示，光电码盘上的透光扇区1’和不透光扇区2’均勻地间隔分布在盘面上。由光接收器接收透过光电码盘的光线并输出相应的脉冲信号到电机的控制电路，脉冲信号如图1-2所示，每个脉冲信号的脉宽相同，呈周期性变化，通过计数器对脉冲计数由此计算旋转的速度，旋转方向则通常需要设置两对光反射器和光接收器，通过输出信号的先后顺序来判断电机是正转还是反转。然而，设置两对光反射器和光接收器，会使得电机的功耗增大，增加使用成本；并且结构和定位组装较为复杂，难以做到小型化，影响产品成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量电机旋转方向和速度的光电式编码器，只需通过一个感应装置即可实现测量，降低了功耗，简化了结构，节约了成本。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种测量电机旋转方向和速度的光电式编码器，包括光电码盘和邻近所述光电码盘设置的光感应装置，所述光电码盘上具有多个间隔布置的所述光感应装置逻辑值为1的第一区域和逻辑值为0的第二区域，相邻的所述第一区域和所述第二区域组成一个第三区域，所述光电码盘上具有至少两个第三区域，其特征在于，所述第一区域不均勻分布。根据本发明的一个方面，所述第一区域和所述第二区域中的一个为白色的反射光的区域，另一个为黑色的吸收光的区域，所述光感应装置为包括一对光发射管和光接收管的第一光感应元件，所述第一光感应元件设置在所述光电码盘的一侧。所述电机内还设有一个包括一对光发射管和光接收管的第二光感应元件，与所述第一光感应元件组成差分运放电路，用于消除电机震动或电机温升后的热辐射等会对光感应元件的检测引起的干扰。在一个实施例中，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘的盘面上， 所述第一光感应元件设置在所述光电码盘轴向的一侧。在另一个实施例中，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘的周向上，所述第一光感应元件设置在所述光电码盘径向的一侧。根据本发明的另一个方面，所述第一区域和所述第二区域中的一个为透光的区域，另一个为不透光的区域，所述光感应装置为一对光发射器和光接收器，所述光发射器设置在所述光电码盘的一侧，所述光接收器设置在所述光电码盘的另一侧。在一个实施例中，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘的盘面上， 所述光发射器和光接收器分别设置在所述光电码盘轴向的两侧。在另一个实施例中，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘的周向上，所述光发射器和光接收器设置在所述光电码盘径向的两侧。所述第三区域的大小相同，使得发生脉冲信号的间隔相同，呈周期变化。所述第一区域沿一个方向等量增大，使得脉冲信号的脉宽等量增大，便于旋转方向的判断。与现有技术相比，本发明的优点在于将光感应装置逻辑值为1的区域按一定的规律不均勻地分布在光电码盘的盘面或周向上，以此光电码盘运动变化而产生脉宽不等的脉冲信号，根据脉冲信号的变化规律，仅凭一个感应装置就可以判断电机的旋转方向，并通过计数器对脉冲信号计数以计算电机的旋转速度。
图1-1为现有技术的光电码盘示意图1-2为图1-1的输出信号示意图2为本发明的光电式编码器一个实施例的示意图3-1为本发明的光电码盘示意图3-2为图3-1的输出信号示意图4为本发明的光电式编码器另一个实施例的示意图5-1为本发明的光电码盘的另一个实施例的示意图5-2为图5-1的输出信号示意图6为本发明的两个光感应元件组成的差分运放电路图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1如图2和图3-1所示，一种测量电机旋转方向和速度的光电式编码器，包括光感应装置和光电码盘2，光感应装置为一对光发射管和光接收管的第一光感应元件1，一体地设置在光电码盘2轴向的一侧，与电机的壳体固定，不随驱动轴6的旋转而旋转。光电码盘2 具有单一的码道，固定在电机的驱动轴6上，随着驱动轴6的旋转而旋转。光电码盘2盘面上分布有多个数量相等的扇形的黑色的光吸收扇区31和白色的光反射扇区32，光吸收扇区31和光反射扇区32间隔布置，相邻的光吸收扇区31和光反射扇区32组成一个扇区3， 光电码盘2上具有至少两个扇区3，用于吸收或反射光以给出变化的信号。每个扇区3区域可以相同也可以各不相同，光反射扇区32区域大小不同，呈不均勻分布。优选的，如图3-1 所示，每个扇区3(图中所示为8个)区域相同，每个光反射扇区32向一个方向呈等量变化， 图中所示为光反射扇区32沿顺时针方向等量增大。以光感应装置对光反射扇区32的逻辑值为1，对光吸收扇区31逻辑值为0计(也可以与此相反)。当电机通电后，光电码盘2转动(如逆时针转动)，第一光感应元件1的光发射管发出连续的光线。当扇区3内的光反射扇区32转至第一光感应元件1处时，第一光感应元件1的光接收管接收到反射回的光，输出逻辑值1的脉冲信号；当扇区3内的光吸收扇区31转至第一光感应元件1处时，光发射管发出的光线被吸收，光接收管接收不到光线，输出逻辑值0，如图3-2所示。由于光反射扇区32沿顺时针等量增大，可以看到脉冲信号的脉宽等量增大，并且由于每个扇区3区域相同，发生脉冲信号之间的间隔相等，呈周期性变化。由此，电机的控制电路接收到脉冲信号后，可以仅凭一个光感应元件输出的脉冲信号的脉宽增大或减小的变化来判断电机的旋转方向。控制电路的计数器对脉冲信号计数计算电机旋转的速度。电机内另设有一个第二光感应元件7，也包括一对光发射管和光接收管，与用于检测光电码盘2信号的第一光感应元件1不同，第二光感应元件7不检测光电码盘2的信号， 如图2中的箭头所示，而是检测其他的干扰信号，如由于电机震动或电机温升后的热辐射等会对光感应元件的检测引起干扰，通过额外设置一个第二光感应元件7，其输出信号同样传送至电机的控制电路，与第一光感应元件1组成差分运放电路，优选的一个实施例可以如图6所示。第一光感应元件1的一个输入端通过第一电阻Rl连接到高电平，另一个输入端接地；其一个输出端连接到运算放大器Ul的同相输入端，并通过第二电阻R2连接到高电平，另一个输出端接地。第二光感应元件7的一个输入端通过第三电阻R3连接到高电平， 另一个输入端接地；其一个输出端通过输入电阻R5连接到运算放大器Ul的反相输入端，并通过第四电阻R4连接到高电平，另一个输出端接地，运算放大器Ul的反相输入端和输出端之间连接有反馈电阻R6。将运算放大器Ul两个输入端的差值作为输出信号，由此则可以消除电机震动或电机温升后的热辐射等会对光感应元件的检测引起的干扰。实施例2参见图4，其与实施例1的不同之处在于，光感应装置为一对光发射器4和光接收器5，分别设置在光电码盘2轴向的两侧，光发射器4和光接收器5固定到电机的机壳上，不随电机的驱动轴6的旋转而旋转。光电码盘2盘面上分布有多个数量相等的扇形的不透光扇区31’和透光扇区32’，透光扇区32’可以是齿、空隙或者别的标识。不透光扇区31’和透光扇区32’间隔布置，相邻的不透光扇区31’和透光扇区32’组成一个扇区3’，光电码盘 2上具有至少两个扇区3 ’，用于透过或遮断光以给出变化的信号。每个扇区3 ’区域可以相同也可以各不相同，透光扇区32’区域大小不同，呈不均勻分布。优选的，每个扇区3’(图中所示为8个)区域相同，每个透光扇区32’向一个方向呈等量变化，图中所示为透光扇区 32’沿顺时针方向等量增大。以光感应装置对透光扇区32’逻辑值为1，对不透光扇区31’逻辑值为0计。当电机通电后，光电码盘2转动(如逆时针转动)，光发射器4发出连续的光线。当透光扇区 32’转至光发射器4和光接收器5光耦合处时，光线透过透光扇区32’，光接收器5感应到光信号，输出逻辑值1的脉冲信号；当不透光扇区31’转至光发射器4和光接收器5光耦合处时，光线被不透光扇区31’遮断，光接收器5感应不到光信号，输出逻辑值0的脉冲信号， 其输出的信号与实施例1的相同，如图3-2所示。由于透光扇区32’等量增大，可以看到脉冲信号的脉宽等量增大，并且由于扇区3’区域相同，发生脉冲信号之间的间隔相等，呈周期性变化。
由此，电机的控制电路接收到脉冲信号后，可以仅凭一对光发射器4和光接收器5 输出的脉冲信号的脉宽增大或减小的变化来判断电机的旋转方向。控制电路的计数器对脉冲信号计数计算电机旋转的速度。实施例3光电码盘2也可以如图5-1所示，与实施例1和实施例2中不同之处在于，光感应装置逻辑值为1的矩形区域32”和光感应装置逻辑值为0的矩形区域31”间隔地布置在光电码盘2的周向上而不是盘面上，相邻的光感应装置设置在光电码盘2径向的一侧或两侧。 优选的，其区域的分布和测量与实施例1或实施例2相同，输出的信号如图5-2所示，逻辑值为1的矩形区域32^&顺时针方向等量增大，光电码盘2转动(如逆时针转动)时，脉冲信号的脉宽等量增大。需要注意的是，光感应装置逻辑值为1或0的区域并不是绝对的，可以互换。以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种测量电机旋转方向和速度的光电式编码器，包括光电码盘( 和邻近所述光电码盘( 设置的光感应装置，所述光电码盘( 上具有多个间隔布置的所述光感应装置逻辑值为1的第一区域和逻辑值为0的第二区域，相邻的所述第一区域和所述第二区域组成一个第三区域，所述光电码盘( 上具有至少两个第三区域，其特征在于，所述第一区域不均勻分布。
2.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域中的一个为反射光的区域，另一个为吸收光的区域，所述光感应装置为包括一对光发射管和光接收管的第一光感应元件(1)，所述第一光感应元件(1)设置在所述光电码盘O)的一侧。
3.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，所述电机内还设有一个包括一对光发射管和光接收管的第二光感应元件(7)，与所述第一光感应元件(1)组成差分运放电路。
4.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘O)的盘面上，所述第一光感应元件(1)设置在所述光电码盘( 轴向的一侧。
5.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘O)的周向上，所述第一光感应元件(1)设置在所述光电码盘( 径向的一侧。
6.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域中的一个为透光的区域，另一个为不透光的区域，所述光感应装置为一对光发射器(4)和光接收器(5)，所述光发射器(4)设置在所述光电码盘O)的一侧，所述光接收器( 设置在所述光电码盘O)的另一侧。
7.如权利要求6所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘O)的盘面上，所述光发射器(4)和光接收器( 分别设置在所述光电码盘⑵轴向的两侧。
8.如权利要求6所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域布置在所述光电码盘O)的周向上，所述光发射器(4)和光接收器( 设置在所述光电码盘 ⑵径向的两侧。
9.如权利要求1-8中任一项所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三区域的大小相同。
10.如权利要求1-8中任一项所述的光电式编码器，其特征在于，所述第一区域沿一个方向等量增大。
全文摘要
本发明公开了一种测量电机旋转方向和速度的光电式编码器，包括光电码盘和邻近所述光电码盘设置的光感应装置，所述光电码盘上具有多个间隔布置的所述光感应装置逻辑值为1的第一区域和逻辑值为0的第二区域，相邻的所述第一区域和所述第二区域组成一个第三区域，所述光电码盘上具有至少两个第三区域，其特征在于，所述第一区域不均匀分布。将光感应装置逻辑值为1的区域按一定的规律不均匀地分布在光电码盘的盘面或周向上，以此光电码盘运动变化而产生脉宽不等的脉冲信号，根据脉冲信号的变化规律，仅凭一个感应装置就可以判断电机的旋转方向，并通过计数器对脉冲信号计数以计算电机的旋转速度，降低了功耗，简化了结构，节约了成本。
文档编号G01P13/04GK102507970SQ20111033761
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者吴长先, 孙勇, 张珣 申请人:宁波杜亚机电技术有限公司