CN211601989U - 一种光电码盘编码器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光电码盘编码器。该光电码盘编码器用于测量旋转装置的角位移，包括：码盘，码盘的正面设置有码道，码道包括沿着码盘周向间隔分布的多个反射区；电路板，电路板上设置有光源和光传感器；其中，码盘用于与旋转装置连接而跟随旋转装置转动；光源提供的光信号照射在码道上，并被反射区所反射而产生反射光，光传感器接收反射光并根据反射光产生检测信号。本实用新型的光电码盘编码器实现了将光源和光传感器集成在一块电路板上，使光电码盘编码器的结构更为简单。

Description

一种光电码盘编码器

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域，特别地，涉及一种光电码盘编码器。

背景技术

光电码盘编码器是通过光电转换把位移量转换成“数字代码”形式的电信号，并根据电信号确定位移量的仪器。在实际生产中，光电码盘编码器常用于测量电机、齿轮等旋转装置的角位移。

传统的光电码盘编码器通常包括码盘，在码盘的两侧分别设有光源和光传感器。其中码盘通常是由光学玻璃制成，在码盘上面会刻有许多同心码道，每个码道上都有按一定规律排列的透光区域和不透光区域。在应用时，码盘随旋转装置一起旋转，光源发出的光照射在码盘上，照射在透光区域的光线透过码盘后由对应于码道设置的光传感器所接收，而照射在不透光区域的光线则不能被光传感器所接收。根据光传感器的输出信号可确定旋转装置的角位移。

在传统的光电码盘编码器中，由于光源与光传感器分别设置在码盘的两侧，因此二者通常需要与不同的电路板连接，所以整个光电码盘编码器至少需要两块电路板，结构较为复杂。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种光电码盘编码器，通过将光源和光传感器集成在同一块电路板上，使光电码盘编码器的结构更加简单。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光电码盘编码器，用于测量旋转装置的角位移，包括：码盘，码盘的正面设置有码道，码道包括沿着码盘周向间隔分布的多个反射区；电路板，电路板上设置有光源和光传感器；其中，码盘用于与旋转装置连接而跟随旋转装置转动；光源提供的光信号照射在码道上，并被反射区所反射而产生反射光，光传感器接收该反射光并根据此反射光产生检测信号。

优选地，光电码盘编码器还包括转轴，该转轴用于固定连接码盘与旋转装置，以使码盘跟随旋转装置转动；电路板套设在转轴上且在码盘转动时保持静止。

优选地，光电码盘编码器还包括支撑架，支撑架包括顶板以及沿顶板边缘向下延伸形成的侧板，顶板与侧板围合形成底部具有开口的收容空间，侧板的底部边缘向外延伸形成连接板；顶板内嵌设有滚动轴承，滚动轴承的内圈套接有前述转轴，码盘套设在转轴外且位于收容空间内，连接板与电路板固定连接。

优选地，前述收容空间的开口朝向旋转装置，电路板位于旋转装置与码盘之间；或者，收容空间的开口背向旋转装置，码盘位于旋转装置与电路板之间。

优选地，前述电路板上还设置有用于控制光源的控制模块。

优选的，前述电路板上还设置有输出电路，该输出电路用于接收光传感器提供的检测信号，并对该检测信号进行处理以获得输出信号。

优选地，前述输出电路包括依次连接的模数转换模块、滤波模块、放大模块和整形模块，其中：模数转换模块与光传感器连接，用于接收光传感器提供的检测信号并将此检测信号转换为数字信号；滤波模块、放大模块和整形模块分别用于对数字信号进行滤波、放大和整形，获得前述输出信号。

优选地，前述光传感器选自光电池、光电二极管和光电晶体管中的任意一种。

优选地，前述码道为圆环形，反射区为扇环形。

优选地，码道还包括多个漫反射区，漫反射区用于使光源提供的光信号发生漫反射；漫反射区与反射区交替设置；或者，码道还包括多个吸收区，吸收区用于吸收光源提供的光信号；吸收区与反射区交替设置。

本实用新型提供的光电码盘编码器，码盘利用光的反射原理工作，使位于码盘同侧的光源和光传感器能够集成在同一块电路板上，因此，相较于传统的光电码盘编码器，本实用新型提供的光电码盘编码器，结构更加简单，此外还降低了光电码盘编码器的成本。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出根据本实用新型实施例的光电码盘编码器结构的一种示意图。

图2示出根据本实用新型实施例的光电码盘编码器结构的另一种示意图。

图3示出根据本实用新型实施例的码盘结构示意图。

图4示出根据本实用新型实施例的电路板结构示意图。

图5示出根据本实用新型实施例的支撑架结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。以下较佳实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。

实施例一

结合图1至图5，本实施例提供一种光电码盘编码器，用于测量旋转装置300的角位移，该光电码盘编码器包括码盘100和电路板200。码盘100的正面设置有码道110，码道110包括沿着码盘100周向间隔分布的多个反射区111；电路板200上设置有光源210和光传感器220；其中，码盘100用于与旋转装置300连接而跟随旋转装置300转动；光源210提供的光信号211照射在码道110上，并被反射区111所反射而产生反射光212，光传感器220接收反射光212并根据反射光212产生检测信号。

具体的，码盘100的径向截面呈圆形或近似圆形，其中为方便区分和说明，本实施例将码盘100的两个相对的表面中，设有码道110的表面称为“正面”，而另一表面则称为“背面”。

码道110的数量可以是一个或多个。不难理解，码道110的数量越多，越有利于提高光电码盘编码器的精度，因此可根据实际使用需求确定码道110的数量。码道110具体可以为圆环形。当码盘100正面设置有多个码道110时，多个码道110为多个同心圆环。

码道110包括沿着码盘100周向间隔分布的多个反射区111，来自于光源210的光信号211照射到反射区111并被反射区111所反射，得到的反射光212被光传感器220接收。不难理解，反射区111的数量越多，越有利于提高光电码盘编码器的精度，因此可以根据实际需求设置反射区111的数量。

进一步参考图3，在一具体实施方式中，在码道110中，与反射区111间隔分布的区域为漫反射区112，由光源210提供的光信号211照射到码盘100的正面，其中照射到反射区111的光信号211被反射所产生的反射光212被光传感器220所接收；照射到漫反射区112的光信号211则发生漫反射，从而不能被光传感器220所接收。

具体的，反射区111可以是将镜面材料以蒸镀、化学镀等工艺，在码盘100正面部分区域所形成的光学反射镜面层，以有效反射来自于光源210的光信号211。漫反射区112可以是将含硫酸钡的涂料涂覆在码盘100正面的部分区域而形成的硫酸钡涂层，当然也可以采用其它能够实现漫反射的材料及配套的涂覆工艺。

反射区111的形状具体可以呈扇环形。相应的，漫反射区112的形状也可以呈扇环形。其中反射区111与漫反射区112在码道上的排布方式可参考传统光电码盘编码器中透光区域和不透光区域的排布方式。

在另一具体实施方式中，在码道110中与反射区111间隔分布的区域为吸收区(未图示)，吸收区用于吸收光信号211。吸收区具体可以是通过将黑色颜料涂覆在码道110的部分区域上而形成。其中，反射区111与吸收区在码道110上的排布方式可参考传统光电码盘编码器中透光区域和不透光区域的排布方式。

如图4所示，电路板200上设有光源210和光传感器220。其中，电路板200具体可以是传统光电码盘编码器中所常用的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。

本实用新型实施例对于光源210不作特别限定，可以是传统光电码盘编码器中的常用光源。其中根据实际需求，光源210提供的光信号211可以是可见光或者红外光，尤其可以是某一个波长或某一个波段的光。

进一步地，电路板200上还设置有控制模块230，用于控制光源210。具体的，控制模块230可控制光源210的开关以及控制光源210的发光强度。控制模块230可以是本领域能够控制光源210开关甚至发光强度的集成电路或半导体器件，具体可通过PCB走线或其它电连接方式与光源210连接，不赘述。

本实施例对于光传感器220不作特别限定，只要能够接收反射光212并将其转换为电信号(即检测信号)即可，比如可以采用传统光电码盘编码器中的常用光传感器，包括但不限于光电池、光电二极管、光电晶体管。本实施例中，光传感器220的排布方式可参考传统光电码盘编码器中光传感器的排布方式，比如可在电路板200上设置多个光传感器220，且每个光传感器220均对应一个反射区111；或者，光传感器220的数量也可以不与反射区111一一对应，而是采用多通道光传感器，每一多通道光传感器对应多个反射区111。

如前述，码盘100用于与旋转装置300连接而跟随旋转装置300转动。其中旋转装置300具体可以是电机、发动机、齿轮、汽车轮胎等可绕某一轴旋转的装置。码盘100通过与旋转装置300连接而跟随旋转装置300顺时针或逆时针同步旋转。进一步参考图1和图2，码盘100可以通过转轴400与旋转装置300连接，这样在旋转装置300转动时，转轴400也随之转动，进而带动码盘100转动。电路板200套设在转轴400上且在码盘100转动时保持静止。

本实施例对于如何实现码盘100随旋转装置300转动而电路板200保持静止不做特别限定，可采用常规的机械手段实现。在优选的实施方式中，光电码盘编码器还包括如图5所示的支撑架500，支撑架500具体包括顶板510以及沿顶板边缘向下延伸形成的侧板520，顶板510与侧板520围合形成底部具有开口的收容空间，侧板520的底部边缘向外延伸形成连接板530；顶板510内嵌设有滚动轴承511，滚动轴承511的内圈套接有前述转轴400，码盘100套设在转轴400外且位于收容空间内，连接板530与电路板200通过螺钉531固定连接。这样当旋转装置300转动时，带动转轴400旋转，继而带动滚动轴承511的内圈以及码盘100转动，而滚动轴承511的外圈、支撑架500以及电路板200则保持静止。

具体的，支撑架500为底部开口的筒型形状，即支撑架500的顶板510和侧板520所围合形成的收容空间呈筒型。该筒型具体可以呈圆柱形、圆台型等。侧板520的末端向外延伸而形成连接板530，或者说支撑架500沿转轴400轴向的剖面近似呈“几”字形。

电路板200的边缘与连接板530之间可通过螺栓连接等方式实现固定连接，比如电路板200与连接板530之间相互贴合且通过螺栓固定，从而将支撑架500的底部开口封闭。电路板200的中部开设有贯穿孔(未图示)，转轴400穿设于该贯穿孔内。当然，电路板200上贯穿孔的内径应大于转轴400的径向尺寸，以确保转轴400旋转时电路板200保持静止。

码盘100位于支撑架500的收容空间内，也能在一定程度上对码盘100形成保护。码盘100上也设有贯穿孔，转轴400穿设于该贯穿孔内。当然，码盘100上的贯穿孔的内径应与转轴400的径向尺寸相匹配，以在转轴400旋转时，码盘100能够随之转动。

进一步参考图1，在一可选的实施方式中，收容空间的开口朝向旋转装置300，即电路板200和旋转装置300均朝向码盘100正面，或者说电路板200位于旋转装置300与码盘100之间。

进一步参考图2，在另一可选的实施方式中，收容空间的开口背向旋转装置300，即电路板200和旋转装置300分别位于码盘100的两侧，且电路板200朝向码盘100的正面(电路板200上的光源210和光传感器220与码盘100正面相对)、旋转装置300朝向码盘100的背面。

当然，在上述两种可选实施方式中，电路板200与码盘100之间的距离，都应确保光源210所发出的光到达码盘100正面的码道110且得到的反射光212被光传感器220顺利接收。

本实施例提供的光电码盘编码器在实际应用时，旋转装置300工作，码盘100跟随旋转装置300的旋转而顺时针或逆时针转动；电路板200上的光源210发出的光信号211照射到码盘100正面，其中照射到反射区111的光信号211被反射区111所反射而得到反射光212；光传感器220接收反射光212并将其转换成电信号(即检测信号)。根据该检测信号，即可确定码盘100以及旋转装置300的角位移。

与利用光线透射原理工作的传统光电码盘编码器不同，本实施例提供的光电码盘编码器是利用光的反射原理工作，光源210和光传感器220均位于码盘100的正面，使二者集成在一块电路板200上成为了可能。因此，本实施例提供的光电码盘编码器的结构更为简单。此外由于仅使用了一块电路板200，因此还降低了光电码盘编码器的成本

实施例二

本实施例提供一种光电码盘编码器，是在前述实施例一的基础上所做的进一步改进，本实施例未述部分与前述实施例一相同。

进一步参考图4并结合图1至图3，电路板200上还设有输出电路240，用于接收光传感器220提供的检测信号，并对该检测信号进行处理以获得输出信号。具体地，该输出电路240用于对检测信号进行处理，将其转换成脉冲信号予以输出。

优选地，输出电路240至少包括模数转换模块241、滤波模块242、放大模块243、整形模块244。具体地，模数转换模块241与光传感器220连接，用于接收检测信号，并将检测信号转换为数字信号；滤波模块242与模数转换模块241连接，用于接收数字信号并对数字信号进行滤波处理；放大模块243与滤波模块242连接，用于接收经过滤波处理的数字信号并进行放大处理；整形模块244与放大模块243连接，用于接收经过放大处理的数字信号并进行整形，从而得到输出信号。

其中，上述模数转换模块241具体可以是本领域常用的模数转换器；滤波模块242具体可以是本领域常用的滤波器；放大模块243具体可以是本领域常用的放大器；整形模块244具体可以是本领域常用的用于实现数字信号整形的集成电路。进一步地，为方便输出信号的输出，一般还可在电路板200上设置与整形模块244连接的接线柱(未图示)，从而方便与示波器或其它设备、器件等相连，以对输出电路进行分析。上述各模块之间，以及整形模块244与接线柱之间，均可通过PCB走线或其它适宜的电连接方式以实现信号的输入和输出，不赘述。

本实施例提供的光电码盘编码器在实际应用时，码盘100跟随旋转装置300的旋转而顺时针或逆时针转动；电路板200上的光源210提供的光信号211照射到码盘100正面，其中照射到反射区111的光信号211被反射区111所反射而得到反射光212；光传感器220接收反射光212并将其转换成电信号(即检测信号)，输出电路240对检测信号进行处理，可以得到经过滤波、放大、整形处理后的输出信号。根据输出信号的脉冲数即可确定码盘100以及旋转装置300的角位移。

与利用光线透射原理工作的传统光电码盘编码器不同，本实施例提供的光电码盘编码器是利用光的反射原理工作，所以光源210和光传感器220位于码盘100的同侧且均朝向码盘100的正面，使二者集成在一块电路板200上。因此，本实施例提供的光电码盘编码器的结构更为简单。此外由于仅使用了一块电路板200，因此还降低了光电码盘编码器的成本。

通过进一步地在电路板200上设置输出电路240，能够对光传感器220所提供的检测信号进行滤波、放大、整形处理，从而方便根据最终获得的输出信号确定旋转装置300的角位移，并提高角位移的测量精度。

本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光电码盘编码器，用于测量旋转装置的角位移，其特征在于，包括：

码盘，所述码盘的正面设置有码道，所述码道包括沿着所述码盘周向间隔分布的多个反射区；

电路板，所述电路板上设置有光源和光传感器；

其中，所述码盘用于与所述旋转装置连接而跟随旋转装置转动；所述光源提供的光信号照射在所述码道上，并被所述反射区所反射而产生反射光，所述光传感器接收所述反射光并根据所述反射光产生检测信号。

2.根据权利要求1所述的光电码盘编码器，其特征在于，还包括转轴，所述转轴用于固定连接所述码盘与所述旋转装置，以使所述码盘跟随旋转装置转动；

所述电路板套设在所述转轴上且在所述码盘转动时保持静止。

3.根据权利要求2所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述光电码盘编码器还包括支撑架，所述支撑架包括顶板以及沿所述顶板边缘向下延伸形成的侧板，所述顶板与所述侧板围合形成底部具有开口的收容空间，所述侧板的底部边缘向外延伸形成连接板；

所述顶板内嵌设有滚动轴承，所述滚动轴承的内圈套接有所述转轴，所述码盘套设在所述转轴外且位于所述收容空间内，所述连接板与所述电路板固定连接。

4.根据权利要求3所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述收容空间的开口朝向所述旋转装置，所述电路板位于所述旋转装置与所述码盘之间；

或者，所述收容空间的开口背向所述旋转装置，所述码盘位于所述旋转装置与所述电路板之间。

5.根据权利要求1所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述电路板上还设置有用于控制所述光源的控制模块。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述电路板上还设置有输出电路，所述输出电路用于接收光传感器提供的所述检测信号，并对所述检测信号进行处理以获得输出信号。

7.根据权利要求6所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述输出电路包括依次连接的模数转换模块、滤波模块、放大模块和整形模块，其中：

所述模数转换模块与所述光传感器连接，用于接收所述光传感器提供的所述检测信号并将所述检测信号转换为数字信号；

所述滤波模块、放大模块和整形模块分别用于对所述数字信号进行滤波、放大和整形，获得所述输出信号。

8.根据权利要求1-5任一项所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述光传感器选自光电池、光电二极管和光电晶体管中的任意一种。

9.根据权利要求1-5任一项所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述码道为圆环形，所述反射区为扇环形。

10.根据权利要求9所述的光电码盘编码器，其特征在于，所述码道还包括多个漫反射区，所述漫反射区用于使光源提供的光信号发生漫反射；所述漫反射区与所述反射区交替设置；

或者，所述码道还包括多个吸收区，所述吸收区用于吸收光源提供的光信号；所述吸收区与所述反射区交替设置。

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