CN209027671U - 一种光电编码器实时光强检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光电编码器实时光强检测装置，包括：光源、光码盘和光电编码器芯片；所述光源为透射光源或反射光源；所述光电编码芯片包括测试光敏单元和校准光敏组件；所述光码盘上包括码道；所述测试光敏单元包括一个或多个感光单元，所述感光单元沿码道方向排列；所述校准光敏组件包括至少4个感光单元；由于增加了校准光敏组件，因此能实时测出由于干扰因素和装备引起变化的瞬时的最强光强度值和最弱光强度值，经过模数转换，通过计算可以获得准确的位置信息，可以校准由于环境变化及装备偏差造成获取的不准确参数情况，使光电编码器保持精确性，因此具有明显的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于检测领域，尤其涉及一种光电编码器实时光强检测装置。
背景技术
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器；对于透射型光源，光线经聚光透镜后成为平行光束，光束穿过遮光板窗口和带有蚀刻光栅的光码盘，将光栅影子投射在硅光电池上，对于反射型光源，光线照在带有蚀刻光栅的光码盘上，将光栅影子反射在硅光电池上，光电池上的光电感应阵列将光强度信号转换成为微小电流信号，电信号经过后级模块处理成为码盘位置信息；
在光电编码器工作中，有几个关键因素严重影响输出位置的精确度，首先是，光源强度受温度、湿度以及产品质量影响发生变化；光栅的蚀刻精确度，如在一个直径在20mm的圆周上，要蚀刻1024条或者更多的扇形光栅，每个光栅和不透光间隙的宽度大约为20um，这个宽度受温度、材料均匀度、转速等影响；在装备设备时，需要光电池芯片上的感光阵列毫无偏差的对准光栅，以便光栅的投影能够准确的落在感光区域，从而芯片能够最大幅度感应光强的变化，当转配偏差时，透光光栅的光线会变小，芯片的感官的最大光强度会随着编码器的个体不同发生极大差异；
由于各种因素影响，瞬时获得的实际最大和最小光强度，和理想状态下设定的最大和最小光强度并不相同，因此需要寻找一种能够解决此问题的。
实用新型内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本实用新型提供了一种光电编码器实时光强检测装置。
所述光电编码器实时光强检测装置包括光源、光码盘和光电编码器芯片； 所述光源为透射光源或反射光源；当光源为透射光源时，所述透射光源安装在所述光码盘的一侧，所述光电编码器芯片安装在所述光码盘的另一侧；当光源为反射光源时，所述反射光源与所述光电编码器芯片安装在所述光码盘的同一侧；所述光电编码芯片包括测试光敏单元和校准光敏组件；所述光码盘上包括码道；所述测试光敏单元包括一个或多个测试感光单元，所述测试感光单元沿码道方向排列；所述校准光敏组件包括N(N最小取4)个校准感光单元；所述校准光敏组件沿码道方向（所述码道方向为以码盘转轴为轴光栅所在的同心圆的切线上，根据码盘实际顺时针或逆时针确定沿切线的方向）的感光面的宽度小于等于任意一个同一码道的一个光栅周期的宽度（一个光栅周期定义为：沿码道的一个方向的一个光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的距离）；第K（此处，在有若干个码道情况下，K指第K个码道）个所述校准光敏组件的安装条件：需要满足能够在同一码道的一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知瞬时最大光强幅度极值Vmax（K）（第K个码道的最大光强幅度极值）的感光单元和一个能感知瞬时最小光强极值Vmin（K）（第K个码道的最小光强幅度极值）的感光单元；所述测试光敏单元用于检测瞬时光强值记作Vx（K）（第K个码道的瞬时光强值）；此处可以获得至少一个最强光及一个最弱光以及一组由强转弱和由弱转强的光强，用于计算和校准测量偏差。。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前使用的光电编码器芯片，光电编码芯片上只有申请文件中所述的测试光敏单元，并未设有校准光敏组件，只解决了在比较理想的条件下（光源使用高标准器件、码盘使用高等级材料、装备工艺使用显微辅助等）相对比较稳定和精细地输出位置信息，因此造成编码器的成本一直居高不下；虽然高成本能保证光电编码器精度，但是随着使用时间器件本身稳定性降低，同时受到温度、湿度等环境影响，精度会因此而产生偏差，而装备完成后，有些因素很难进行二次校准，因此实际输出位置精度会受到影响；而本实用新型公开的光电编码器实时光强检测装置，由于增加了校准光敏组件，因此能实时测出由于干扰因素和装备引起变化的瞬时的最强光强度值和最弱光强度值，经过模数转换，通过计算可以获得精度高得多的位置信息，并且可以校准由于环境变化及装备偏差造成获取的不准确参数情况，使光电编码器保持精确性，另外，该实用新型使得将光源和光电编码器芯片装配在所述光码盘的同侧，光栅做成反射面更加具有可行性，从而使编码器可以适应更多空间装配需求，因此具有明显的优点。
另外，根据本实用新型公开的光电编码器实时光强检测装置还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述光码盘上有M（M为正整数，且上述K值为小于等于M的正整数）个码道（由相邻的光栅形成的光栅带），光栅呈扇形结构分布在所述码道上，所述光栅的沿码道方向的宽度和同一码道上相邻光栅之间的宽度相等。
进一步地，所述光电编码器芯片的感光单元形状为以所述光码盘的圆心为中心进行排列的扇形。
进一步地，所述校准光敏组件沿码道方向的感光面的宽度小于等于任意一个同一码道的一个光栅周期的宽度；所述感光单元为硅光电池及其他光电池，且为形状相同（形状相同指大小及形状完全一致）的扇形结构或类似扇形结构。
进一步地，所述N （N为大于等于4的正整数）个感光单元满足能够在一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知由强到弱转变的感光单元和一个能感知由弱到强转变的感光单元。
进一步地，当N等于4时，4个等宽的所述感光单元的整体宽度等于一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度。
进一步地，校准后的瞬时被测量θ 由Vx（K）=（Vmax（K）- Vmin（K））Sinθ获得，可进一步利用泰勒公式求出θ值。
进一步地，所述光源包括红外LED及其他光源。
进一步地，当光源为透射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的透光和不透光区域形成的光栅组成，所述光栅区域的中心到所述转轴圆心的距离相等；透射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的两侧。
进一步地，当光源为反射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的反光和不反光区域形成的光栅组成，所述光栅区域的中心到所述转轴圆心的距离相等；反射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的同一侧。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型的光电编码器实时光强检测装置结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个实施例的光电编码器芯片的示意图。
图中，1是透射光源，2是光码盘，3是转轴，4是码道，5是测试光敏单元，6是校准光敏组件，601是校准感光单元A，602是校准感光单元B，603是校准感光单元C，604是校准感光单元D， 7是数据采集模块，8是数据处理模块，9是终端控制模块，10是反射光源。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型的发明构思如下，通过增加校准光敏组件，因此能实时测出由于干扰因素和装备引起变化的瞬时的最强光强度值和最弱光强度值，经过模数转换，通过计算可以获得准确的位置信息，可以校准由于环境变化及装备偏差造成获取的不准确参数情况，使光电编码器保持精确性，另外，可以将光源和光电编码器芯片装配在所述光码盘的同侧，光栅做成反射面，从而适应更多空间装配需求，因此具有明显的优点。
下面将参照附图来描述本实用新型的相对位置，其中图1是根据本实用新型的光电编码器实时光强检测装置结构示意图；图2是根据本实用新型的一个实施例的光电编码器芯片的示意图。
如图1所示，根据本实用新型的实施例，所述光电编码器实时光强检测装置包括光源1、光码盘2和光电编码器芯片；所述光源1为透射光源或反射光源10（如图1反射光源的位置示意图，根据设计需要设置位置）；当光源1为透射光源时，所述光源1安装在所述光码盘2的一侧，所述光电编码器芯片安装在所述光码盘2的受光另一侧（如图1所示）；当光源1为反射光源10时，所述反射光源10与装所述光电编码器芯片安装在所述光码盘的受光同一侧；所述光电编码芯片包括测试光敏单元5和校准光敏组件6；所述光码盘2上包括光栅和码道4，所述光栅呈扇形结构均匀分布在所述码道上；所述校准光敏组件6包括N个感光单元，如实施例中N=4是包括校准感光单元A601、校准感光单元B602、校准感光单元C603和校准感光单元D604四个感光单元；所述校准感光单元的沿码道方向的总宽度小于等于任意一个光栅周期沿码道方向的宽度；所述校准感光单元的安装需要满足能够在一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知瞬时最大光强幅度极值Vmax（K）的感光单元和一个能感知瞬时最小光强极值Vmin（K）的感光单元；所述测试光敏单元5用于检测瞬时光强值记作Vx（K）。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前使用的光电编码器芯片，光电编码芯片上只有申请文件中所述的测试光敏单元，并未设有校准光敏组件，只解决了在比较理想的条件下（光源使用高标准器件、码盘使用高等级材料、装备工艺使用显微辅助等）相对比较稳定和精细地输出位置信息，因此造成编码器的成本一直居高不下；虽然高成本能保证光电编码器精度，但是随着使用时间器件本身稳定性降低，同时受到温度、湿度等环境影响，精度会因此而再次造成偏差，而装备完成后，有些因素是很难进行二次校准，因此实际输出位置精度会受到影响；
而本实用新型公开的光电编码器实时光强检测装置，由于增加了校准光敏组件，因此能实时测出由于干扰因素和装备引起变化的瞬时的最强光强度值和最弱光强度值，经过模数转换，通过计算可以获得精度高得多的准确的位置信息，并且可以校准由于环境变化及装备偏差造成获取的不准确参数情况，使光电编码器保持精确性；另外，本实用新型可以保证位置精度不再受光强变化影响，LED可以降低等级，LED老化造成的发光效率降低不再影响编码器精度降低，对准误差不再影响相位的计算，装配精度可以降级而不影响测量精度，因此具有明显的优点。
另外，根据本实用新型公开的光电编码器实时光强检测装置的还具有如下附加技术特征：
根据本实用新型的一些实施例，所述光码盘上有M（M为正整数，且上述K值为小于等于M的正整数）个码道（由相邻的光栅形成的光栅带），光栅呈扇形结构分布在所述码道上，所述光栅的沿码道方向的宽度和同一码道上相邻光栅之间的宽度相等。
根据本实用新型的一些实施例，所述光电编码器芯片的感光单元形状为以所述光码盘的圆心为中心进行排列的扇形。
根据本实用新型的一些实施例，所述校准光敏组件沿码道方向的感光面的宽度小于等于任意一个同一码道的一个光栅周期的宽度；所述感光单元为硅光电池及其他光电池，且为形状相同（形状相同指大小及形状完全一致）的扇形结构或类似扇形结构。
根据本实用新型的一些实施例，所述N （N为大于等于4的正整数）个感光单元满足能够在一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知由强到弱转变的感光单元和一个能感知由弱到强转变的感光单元。
根据本实用新型的一些实施例，当N等于4时，4个等宽的所述感光单元的整体宽度等于一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度，一个光栅周期上的非穿透部分或者非反光部分的面和其对应的穿透面或者反光面的形状及大小相同。
根据本实用新型的一些实施例，校准后的瞬时被测量θ 由Vx（K）=（Vmax（K）-Vmin（K））Sinθ获得，可进一步利用泰勒公式求出θ值，当仅有一个码道时，各参数记作Vx（K）、Vmax（K）和Vmax（K）对应几座Vx Vmax 和Vmax。
根据本实用新型的一些实施例，所述光源包括红外LED及其他光源。
根据本实用新型的一些实施例，当光源为透射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的透光和不透光区域形成的光栅组成，所述光栅区域的中心到所述转轴圆心的距离相等；透射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的两侧。
根据本实用新型的一些实施例，当光源为反射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的反光和不反光区域形成的光栅组成，所述光栅区域的中心到所述转轴圆心的距离相等；反射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的同一侧。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本实用新型的多个示意性实施例对本实用新型的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本实用新型原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本实用新型的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，包括：光源、光码盘和光电编码器芯片；
所述光源为透射光源或反射光源；当光源为透射光源时，所述透射光源安装在所述光码盘的一侧，所述光电编码器芯片安装在所述光码盘的另一侧；当光源为反射光源时，所述反射光源与所述光电编码器芯片安装在所述光码盘的同一侧；
所述光电编码芯片包括测试光敏单元和校准光敏组件；所述光码盘上包括码道；所述测试光敏单元包括一个或多个测试感光单元，所述测试感光单元沿码道方向排列；所述校准光敏组件包括大于等于4的N个校准感光单元；所述校准光敏组件沿码道方向的感光面的宽度小于等于任意一个同一码道的光栅沿码道方向的宽度；
所述校准光敏组件的安装条件：需要满足能够在码道的一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知瞬时最大光强幅度极值Vmax的感光单元和一个能感知瞬时最小光强极值Vmin的感光单元；所述测试光敏单元用于检测瞬时光强值记作Vx。
2.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述光码盘上有M个码道，光栅呈扇形结构分布在所述码道上，所述光栅的沿码道方向的宽度和同一码道上相邻光栅之间的宽度相等。
3.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述光电编码器芯片的感光单元形状为以所述光码盘的圆心为中心进行排列的扇形。
4.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述校准光敏组件沿码道方向的感光面的宽度小于等于任意一个同一码道的一个光栅周期的宽度；所述感光单元为光电池，且为形状相同的扇形结构或类似扇形结构。
5.根据权利要求4所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述光电池为硅光电池。
6.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述N个感光单元满足能够在一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度内，至少存在一个能感知由强到弱转变的感光单元和一个能感知由弱到强转变的感光单元。
7.根据权利要求6所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，当N等于4时，4个等宽的所述感光单元的整体宽度等于一个所述光栅的起始侧边到相邻光栅的起始侧边的一个周期的宽度。
8.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，所述光源包括红外LED。
9.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，当光源为透射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的透光和不透光区域形成的光栅组成，所述光栅构成的区域的中心到所述码盘的转轴圆心距离相等；透射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的两侧。
10.根据权利要求1所述的光电编码器实时光强检测装置，其特征在于，当光源为反射光源时，所述码道由形状相同、交替出现的反光和不反光区域形成的光栅组成，所述光栅构成的区域的中心到所述码盘的转轴圆心距离相等；反射光源与所述光电编码器芯片在所述光码盘的同一侧。
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Cited By (2)
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| CN110160644A (zh) * | 2018-07-23 | 2019-08-23 | 上海滕莘电子科技有限公司 | 一种光电编码器实时光强检测装置 |
| CN116481582A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 深圳深蕾科技股份有限公司 | 一种增量式光电编码器精度检测系统 |
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