CN104121937A - 全光式光纤传输的旋转编码器 - Google Patents

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Abstract

提供一种全光式光纤传输的旋转编码器，在密闭的外壳内设有转轴，所述转轴上固定有光学编码盘，所述光学编码盘的上制有多条编码光轨，发光端光纤组和接收端光纤组一端分别悬空对应每条编码光轨，所述发光端光纤组和接收端光纤组另一端引出外壳之外，并用传输光缆连接到远离干扰源的光电耦合电路上输出正确的电信号编码。本发明是全光式的能量与信息传输，没有电信号，没有电气部件，有最好的抗电磁干扰的能力，且重量轻，抗震性能好，具有很高的实用价值。

Description

全光式光纤传输的旋转编码器
技术领域
本发明光电旋转编码器技术领域，具体涉及一种全光式光纤传输的旋转编码器，采用全光学的结构设计，没有电气部件，编码信息完全不会受到各种电磁信号的干扰。
背景技术
旋转编码器是一种检测物体旋转物理量的传感器，只要输入电能，就有可直接进入数字系统的输出电脉冲，可测量物体转动的角度、转过的圈数、转动的角速度等；旋转编码器运行稳定，广泛应用于转动系统或转动转换为平动的系统中。但在实际应用中，现有的旋转编码器都带有电缆，通常都安装在离电动机很近的转动设备上，在设备运行时，电动机及其控制设备以及动力电缆中会产生极强的干扰信号，会对编码器内部的电路或其连接的电缆产生难以抵御的干扰；或设备运行中产生的静电放电或空中的雷电会击中编码器；或者所有可能的干扰会沿着编码器电缆，传输到所连接的电子设备中去，这些都会使基于编码器的电子系统出现难以预测的错误，严重影响了安全生产。现有的编码器由于要通电，有电缆，原则上难以消除干扰，因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种没有电信号、没有电气部件、能抵抗各种电磁信号干扰的全光式光纤传输的旋转编码器。
本发明采用的技术方案：全光式光纤传输的旋转编码器，在密闭的外壳内设有转轴，所述转轴上固定有光学编码盘，所述光学编码盘上制有多条编码光轨，发光端光纤组和接收端光纤组一端分别悬空对应每条编码光轨，所述发光端光纤组和接收端光纤组另一端引出外壳之外，并用传输光缆连接到远离干扰源的光电耦合电路上输出正确的电信号编码。
其中，所述光电耦合电路由发光耦合单元和光电转换单位构成，其中，发光端光纤组另一端引出外壳后通过传输光缆与发光耦合单位电连接，接收端光纤组另一端引出外壳后通过另一根传输光缆与光电转换单元电连接输出正确的电信号编码。
进一步地，所述发光端光纤组和接收端光纤组各自对应的每对光纤的端面为传光的光学平面或微透镜。
进一步地，所述光学编码盘为透光或不透光的透射式编码盘，或者为反光或不反光的反射式编码盘。
进一步地，所述编码光轨为四位格雷码光轨或八位格雷码光轨或四位圆筒光轨。
本发明与现有技术相比是全光式的能量与信息传输，没有电信号，没有电气部件，有最好的抗电磁干扰的能力，且重量轻，抗震性能好，具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的光学编码盘为四位格雷码光轨的结构示意图；
图3为本发明的光学编码盘为八位格雷码光轨的结构示意图；
图4为本发明的光学编码盘为增量式编码光轨的结构示意图，由内向外依次为Z、A、B编码光轨；
图5为本发明的光学编码盘为四位编码光轨的立体结构示意图；
图6为本发明的光学编码盘为四位圆筒编码光轨的结构示意图；
图7为本发明的光学编码盘为八位编码光轨的立体结构示意图；
图8为本发明的光学编码盘为透射式编码盘且光纤头部的光学结构与光路的两种可能的示意图，其中发光端光纤组的光纤头是光学平面或微透镜，接收端光纤组的光纤头是微透镜。
图9为本发明的光学编码盘为反射式编码盘且光纤头部的光学结构与光路的两种可能的示意图，其中发光端光纤组的光纤头是光学平面或微透镜，接收端光纤组的光纤头是微透镜。
具体实施方式
下面结合附图1-9描述本发明的实施例。图2、图3和图4中，黑色区域表示不透光或不反光，白色区域表示透光或反光。
全光式光纤传输的旋转编码器，在密闭的外壳1内设有转轴3，所述转轴3上固定有光学编码盘2，具体说，所述光学编码盘2为透光或不透光的透射式编码盘，或者为反光或不反光的反射式编码盘。所述光学编码盘2上制有多条编码光轨10，编码光轨10为四位格雷码光轨或八位格雷码光轨或四位圆筒光轨。发光端光纤组4和接收端光纤组5一端分别悬空对应每条编码光轨10，具体说，所述发光端光纤组4和接收端光纤组5各自对应的每对光纤的端面为传光的光学平面8或微透镜9。所述发光端光纤组4和接收端光纤组5另一端引出外壳1之外，并用传输光缆6连接到远离干扰源的光电耦合电路7上并输出正确的电信号编码。具体说，所述光电耦合电路7由发光耦合单元11和光电转换单位12构成，其中，发光端光纤组4另一端引出外壳1后通过传输光缆6与发光耦合单位11电连接，接收端光纤组5另一端引出外壳1后通过另一根传输光缆6与光电转换单元12电连接并输出正确的电信号编码。
对于增量式编码器，只需3对光纤，分别对准上的Z、A、B(见图4的说明)三条编码光轨10就可以了，图4所示只是一个16分度的编码光轨图案，实际实施时可按精度的需要，设计制作更高分度数的编码光轨图案，如可设计成256分度的编码光轨图案。对于绝对式编码器，其输出编码的位数，就是编码光轨10的条数，也是光纤的成对数量，位数越高，分辨率也越高，加工的工艺要求就越高；其光学编码盘2可以是对应位数的二进制数形式，也可以是格雷码的形式。
实例1：以图7为例，这是一个8位绝对码的旋转编码器。外壳1是圆柱状，上下的两个圆形端盖可拆卸，且两个的圆形端盖是对称结构；每个圆形端盖与圆柱壳体1上有定位标记；两个圆形端盖的中心用于安装转轴3；每个圆形端盖的内壁面上都有定位与固定光纤的导槽与盖板；转轴3上有固定编码盘2的螺丝；光学编码盘2上的光轨图案可以是8位格雷码(如图3)，也可以是8位二进制数形式的，光学编码盘2光轨的光学特性是透光和不透光的透射式(如图8)；外壳1的外壁面上留有传输光缆6的引出孔。将16芯的传输光缆6一端中的每根光纤加工成光学平面8或微透镜9，由外向内穿进传输光缆6的引出孔，再将16芯的每根光纤,每8根为一组(分别对应发光端光纤组4和接收端光纤组5),分别嵌入到两个圆形端盖的导槽中，并将光纤在导槽中的顺序，标记在光缆的另一端引出端上，之后安好盖板；对准标记先安装固定一个圆形端盖，再将装好光学编码盘2的转轴3安装到一个圆形端盖上，之后将另一圆形端盖穿过转轴3安装在圆柱壳体1上，并对准标记后固定；将16芯的传输光缆6的另一端引出端8根(对应发光端光纤组4)，接到光电耦合电路7的发光耦合单元11上，另8根(对应接收端光纤组5)按标记顺序，依次接到光电耦合单元12上；通电检验后，将外壳1引出孔内的传输光缆6做好固定与密封。为了拆装方便，可在编码器的引出孔和光电耦合电路板上设计安装上光缆插座，将中间的长光缆的两头设计安装上光缆插头。
实例2：以图5为例，这是一个4位绝对码的旋转编码器，将传输光缆6改为8芯的，光学编码盘2改为4位的，其余的结构、加工、组装等与实施例1相同，其整体尺寸也能较实施例1缩小一些。
实例3：增量式旋转编码器，其结构、加工、组装等与实例1相同，结构与图1或图5相近,只是传输光纤6选6芯的光缆，光学编码盘2的光轨图案如图4所示。
实例4：圆筒形编码盘式的旋转编码器，参见图6，光学编码盘2是一端有底的圆柱筒形，底部有孔，可套装并固定在转轴3上，圆柱筒的中心轴线与转轴3的中心轴线重合；圆柱筒的外圆周面上排布着环形的、同心同轴的编码光轨10图案，两组光纤安置于筒的内外光轨上；图6中未画出编码光轨的图案，其编码光轨的图案与图2、图3或图4相似，相当于将图2、图3或图4中的圆盘状从中心圆也向外拉伸变形、变换成圆筒状后的图案。其余的结构、加工、组装等与实施例1相似。
在图8中，光学编码盘2为透射式编码盘且光纤头部的光学结构与光路有两种可能，其中发光端光纤组4的光纤头是光学平面或微透镜，接收端光纤组5的光纤头是微透镜。
在图9中，光学编码盘2为反射式编码盘且光纤头部的光学结构与光路有两种可能，其中发光端光纤组4的光纤头是光学平面或微透镜，接收端光纤组5的光纤头是微透镜，但相邻光纤之间按反射光夹角对称设置。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (5)

1.全光式光纤传输的旋转编码器，其特征在于：在密闭的外壳(1)内设有转轴(3)，所述转轴(3)上固定有光学编码盘(2)，所述光学编码盘(2)上制有多条编码光轨(10)，发光端光纤组(4)和接收端光纤组(5)一端分别悬空对应每条编码光轨(10)，所述发光端光纤组(4)和接收端光纤组(5)另一端引出外壳(1)之外，并用传输光缆(6)连接到远离干扰源的光电耦合电路(7)上输出正确的电信号编码。
2.根据权利要求1所述的全光式光纤传输的旋转编码器，其特征在于：所述光电耦合电路(7)由发光耦合单元(11)和光电转换单位(12)构成，其中，发光端光纤组(4)另一端引出外壳(1)后通过传输光缆(6)与发光耦合单位(11)电连接，接收端光纤组(5)另一端引出外壳(1)后通过另一根传输光缆(6)与光电转换单元(12)电连接输出正确的电信号编码。
3.根据权利要求1所述的全光式光纤传输的旋转编码器，其特征在于：所述发光端光纤组(4)和接收端光纤组(5)各自对应的每对光纤的端面为传光的光学平面(8)或微透镜(9)。
4.根据权利要求1所述的全光式光纤传输的旋转编码器，其特征在于：所述光学编码盘(2)为透光或不透光的透射式编码盘，或者为反光或不反光的反射式编码盘。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的全光式光纤传输的旋转编码器，其特征在于：所述编码光轨(10)为四位格雷码光轨或八位格雷码光轨或四位圆筒光轨或增量式编码。
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