CN101608931A - 一种冗余式光电轴角编码器 - Google Patents

Abstract

一种冗余式光电轴角编码器，属于光电检测技术领域中的编码器。要解决的技术问题是提供一种冗余式光电轴角编码器。解决技术方案包括主轴、轴承、轴套、第一、二发光器件、第一、二光电接收器件、第一、二信号输出电缆、第一、二处理电路。主轴通过轴承安装在轴套内，码盘固定在主轴上，主轴带动码盘旋转；狭缝与码盘留有空隙平行安装；在码盘的下面对准同一码道安装第一和第二发光器件，该两个发光器件之间的夹角为180°；在狭缝盘的一面，分别与第一、二发光器件相对的位置安装第一、二光电接收器件；第一、二光电接收器件的输出端与第一、二处理电路连接；第一、二处理电路分别通过第一、二信号输出电缆与外部设备数据采集端连接。

Description

一种冗余式光电轴角编码器

技术领域

本发明属于光电检测技术领域中涉及的一种冗余式光电轴角编码器。

背景技术

光电轴角编码器是角位移和长度测量的具有代表性的光电传感器，在工业、科研、国防装备等领域得到了广泛的应用。在技术进步的今天，这两个几何量的量度方式有了很大的变化，由简单的刻度式量具已发展成数字化的数显量具，如角度测量有了光电轴角编码器，线位移测量有了光电数显尺等。几何量的测量数字化，实现了物体空间位置及姿态的自动控制。数控机床的应用，大大的提高了劳动生产率，并确保产品的质量；在有毒、烟尘、水下等恶劣环境条件下的工作不再由人去做，而是由机器人所代替，一个国家现代化程度越高，光电编码器的用途就越广泛。

冗余光电轴角编码器是重复配置系统部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件等于增加了备用件，当一个系统出现故障时，可立即切换到另一备用系统，从而增加了编码器的可靠性。

将冗余概念应用到光电轴角编码器中，对多数应用编码器的领域都可以应用，特别是在汽车，航空领域很受欢迎，前景十分广阔。例如：近年来国外自动驾驶汽车开始盛行，在高速公路上司机长时间快速驾驶容易疲劳，人们为了避免疲劳驾驶，保证行车安全，另一方面，人们希望驾车舒服轻松，于是汽车开始增加自动驾驶功能。在这种汽车上装有很多雷达，识别不同方向的障碍物。汽车上的电脑根据各个雷达探测的信号调整汽车的前进方向和行驶速度。汽车的转向就是由安装在方向盘上的角度传感器提供准确的角度信号再经电脑控制完成的，这就要求角度传感器的工作高度可靠，确保行车安全，否则方向一旦失灵，高速行驶的汽车就会出现严重车祸，这就要求提供一种占据空间小，成本又低的角度传感器，冗余式光电轴角编码器就具有这种功能。

与本发明最为接近的已有技术，是中国科学院长春光机所研制开发的一路信号输出的光电轴角编码器。如图1所示，包括：

主轴1、轴承2、轴套3、发光器件4、信号输出电缆5、光电接收器件6、处理电路7、狭缝8、码盘9。处理电路7包括放大、整形、译码、并行或串行码输出。

码盘9固定在主轴1上，狭缝8固定在轴套3上，当主轴1带动码盘9旋转时，与狭缝8产生相对运动，将发光元件4发出的光线切割成有规律的断续光线，经光电接收元件6转换成电信号，再经处理电路7的放大、整形、译码处理，以二进制代码电平输出，供外部设备采集。

一路信号输出的光电轴角编码器存在的主要问题是：一旦一组电器系统出现故障，致使光电轴角编码器工作失灵，导致主体仪器控制失灵，不能正常工作。

发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提高光电轴角编码器拾取信号的可靠性和稳定性，保证主体仪器工作的可靠性，特设计一种冗余式光电轴角编码器。

本发明要解决的技术问题是：提供一种冗余式光电轴角编码器。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括：

主轴10、轴承11、轴套12、第一发光器件13、第一光电接收器件14、第一信号输出电缆15、第一处理电路16、第二信号输出电缆17、第二处理电路18、第二光电接收器件19、狭缝20、码盘21、第二发光器件22。其中第一处理电路16和第二处理电路18均包括放大、整形、译码处理，以二进制代码电平输出，供外部设备采集。

主轴10通过轴承11安装在轴套12内，主轴10、轴承11和轴套12构成轴系；码盘21固定在主轴10上，主轴10带动码盘21同步旋转；狭缝20固定在轴套12上，与码盘21留有空隙平行安装；在码盘21的下面对准同一码道安装第一发光器件13和第二发光器件22，该两个发光器件之间的夹角为180°或90°，固定在轴套12上；在狭缝盘20的一面，分别与第一发光器件13和第二发光器件22相对的位置安装第一光电接收器件14和第二光电接收器件19，该两个光电器件固定在轴套12上；第一光电接收器件14的输出端与第一处理电路16连接，第二光电接受器件19的输出端与第二处理电路18连接；第一处理电路16和第二处理电路18都固定在轴套12上，第一处理电路16通过第一信号输出电缆15与外部设备数据采集端连接，第二处理电路18通过第二信号输出电缆17与外部设备数据采集端连接。

工作原理说明：当主轴10带动码盘21旋转时与狭缝盘20产生相对运动，第一发光元件13和第二发光元件22发出的光，通过玛盘21和狭缝盘20的透光区，切割成有规律的断续的光信号，分别被第一光电接收器件14和第二光电接收器件19接收，第一光电接收器件14将接收的光信号转变为电信号，通过第一信号输出电缆15传送给外部设备的数据采集系统，第二光电接收器件19将接收的光信号转变为电信号，通过第二信号输出电缆17传送给外部设备的数据采集系统。

本发明的积极效果：

设冗余式光电轴角编码器，由于采用两套独立工作的光电信号处理系统，大大提高了光电轴角编码器工作的可靠性和稳定性；在使用过程中，即使一路出现故障，启动另一路信号处理系统，也能使编码器正常工作，从而保证主体仪器的正常工作。

附图说明

图1是已有技术的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

具体实施方式

本发明按图2所示的结构实施，其中轴系(主轴10、轴套12)的材质采用不锈钢，要求滚动配合，并要求转动灵活；第一发光器件13和第二发光器件22采用红外发光二极管或白质灯；狭缝盘20和码盘21的材质采用玻璃，也可以采用金属片或塑料，对码盘码道的要求：透光均匀，图案边缘整齐，无划伤、无破损、无斑点等弊病；第一处理电路16和第二处理电路18采用PVC板，并有放大、整形和译码功能的相关电子元件。

Claims (1)

1.一种冗余式光电轴角编码器，包括主轴(10)、轴承(11)、轴套(12)、第一发光器件(13)、第一光电接收器件(14)、第一信号输出电缆(15)、第一处理电路(16)、狭缝(20)、码盘(21)，其中处理电路包括放大、整形、译码处理，以二进制代码电平输出；其特征在于还包括第二信号输出电缆(17)、第二处理电路(18)、第二光电接收器件(19)、第二发光器件(22)；主轴(10)通过轴承(11)安装在轴套(12)内，主轴(10)、轴承(11)和轴套(12)构成轴系；码盘(21)固定在主轴(10)上，主轴(10)带动码盘(21)同步旋转；狭缝(20)固定在轴套(12)上，与码盘(21)留有空隙平行安装；在码盘(21)的下面对准同一码道安装第一发光器件(13)和第二发光器件(22)，该两个发光器件之间的夹角为180°或90°，固定在轴套(12)上；在狭缝盘(20)的一面，分别与第一发光器件(13)和第二发光器件(22)相对的位置安装第一光电接收器件(14)和第二光电接收器件(19)，该两个光电器件固定在轴套(12)上；第一光电接收器件(14)的输出端与第一处理电路(16)连接，第二光电接受器件(19)的输出端与第二处理电路(18)连接；第一处理电路(16)和第二处理电路(18)都固定在轴套(12)上，第一处理电路(16)通过第一信号输出电缆(15)与外部设备数据采集端连接，第二处理电路(18)通过第二信号输出电缆(17)与外部设备数据采集端连接。

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