[其他]光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85107469
• 申請(qǐng)日: 1985-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN85107469A
• 公開（公告）日: 1987-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·溫德爾·古德溫;約翰·里林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桑蓋莫韋斯頓有限公司
• 主分類號(hào): G02F7/00
• 分類號(hào): G02F7/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬

本發(fā)明涉及光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及這樣一種光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器：在探測(cè)器數(shù)目給定情況下它能給出比以前已有更高的角分辨率。

用光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器確定旋轉(zhuǎn)軸的角位置已為大家所了解。這樣的光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器被用于各種類型的機(jī)械和機(jī)床中，在這些場(chǎng)合需要得到關(guān)于轉(zhuǎn)軸與另一構(gòu)件之間的精確角度關(guān)系的信息。

光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器一般包含一個(gè)諸如圓盤或圓筒一類的光閘，它剛性地附著于其位置有待確定的轉(zhuǎn)軸上。該光閘用來(lái)對(duì)光發(fā)射體（即一個(gè)光發(fā)射二極管）和光探測(cè)器（即一個(gè)光二極管或光三極管）之間的光傳輸進(jìn)行調(diào)制。這種調(diào)制可以是透射的，在這種情況下光閘的表面上有由若干縫隙組成的一個(gè)圖形，而光發(fā)射體和光探測(cè)器置于光閘相對(duì)的兩面上。另一方面，該調(diào)制也可以是反射的，在這種情況下，光閘的表面上有反射（即白的）和吸收（即黑的）區(qū)域，而光發(fā)射器和光探測(cè)器置于光閘同一面的互相鄰接的位置上。

一般說(shuō)來(lái)，光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器的分辨率取決于所用光發(fā)射體及光探測(cè)裝置的數(shù)量。例如，使用一個(gè)發(fā)射體和一個(gè)探測(cè)器，它的輸出將是“1”（接通）或“0”（斷開），它所給出的角分辨率是轉(zhuǎn)軸的 1/2 轉(zhuǎn)。如果使用二個(gè)發(fā)射體和兩個(gè)探測(cè)器，則探測(cè)器的輸出可以具有四個(gè)不同的狀態(tài)（即00、01、10或11），因此，它將能夠分辨 1/4 轉(zhuǎn)。三個(gè)反射體和三個(gè)探測(cè)器可以有八個(gè)不同的狀態(tài)，分辨率為 1/8 轉(zhuǎn);四個(gè)發(fā)射體和四個(gè)探測(cè)器可以有16個(gè)不同的狀態(tài)，其分辨率為 1/16 轉(zhuǎn)，以此類推。

光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器也被建議用來(lái)探測(cè)這樣一些轉(zhuǎn)軸的位置，這些轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)諸如用在煤氣、水或電表中的鐘表刻度盤式記錄器顯示裝置。這樣的顯示裝置通常有一個(gè)類似于鐘表中使用的刻度盤面，盤面上印有0-9這些數(shù)字。在每個(gè)轉(zhuǎn)軸上裝有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的指針，而每個(gè)轉(zhuǎn)軸又與儀表的計(jì)量機(jī)構(gòu)聯(lián)接起來(lái)。該轉(zhuǎn)軸和指針通常其旋轉(zhuǎn)量與儀表所監(jiān)視的計(jì)量商品（即煤氣、水、電）的數(shù)量成正比。

因?yàn)橛迷谶@種儀表中的鐘表刻度盤式記錄器顯示裝置，它所要求的角分辨率只少要為 1/16 轉(zhuǎn)，上述結(jié)構(gòu)的普通光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器要能恰當(dāng)?shù)貜倪@種刻度盤上讀出數(shù)值，就必須有四個(gè)光發(fā)射體和四個(gè)光探測(cè)器（即能產(chǎn)生總計(jì)為2⁴＝16個(gè)可能的狀態(tài)），以便分辨 1/16 轉(zhuǎn)。

從公用事業(yè)公司的觀點(diǎn)來(lái)看，它們喜歡有一種方法，這種方法能自動(dòng)讀出每一個(gè)刻度盤指針的位置，因?yàn)槿斯ぷx取這種儀表顯示速度慢又容易出錯(cuò)。然而，任何加到鐘表刻度盤式記錄器上的附加裝置都必須是簡(jiǎn)單的，緊湊的和便宜的，以滿足公用事業(yè)的要需。

本發(fā)明涉及一個(gè)光學(xué)編碼器，它僅使用以前必須使用的光發(fā)射體和光探測(cè)器數(shù)目的一半就能分辨出轉(zhuǎn)軸的八個(gè)以上的角位置。本發(fā)明的光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器包括一個(gè)光閘，該光閘安裝成能隨轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，這個(gè)光閘上至少具有光透射區(qū)域和光反射區(qū)域，至少第一光發(fā)射體和第一光探測(cè)器互相相鄰地置于該光閘的一側(cè)上，而且至少第二光發(fā)射體和第二光探測(cè)器互相相鄰地置于光閘的另一側(cè)上，在第一光發(fā)射體和第一光探測(cè)器的對(duì)面。

備有選擇性地為第一和第二光發(fā)射體供電從而對(duì)光閘的光透射區(qū)域和光反射區(qū)域提供照明的裝置;此裝置并用于探測(cè)對(duì)照明響應(yīng)的光探測(cè)器的輸出。光探測(cè)器的輸出，表示光閘相對(duì)于第一和第二光發(fā)射體和探測(cè)器的位置。

具有上述的排列，當(dāng)對(duì)光發(fā)射體交替地供電時(shí)，通過對(duì)光閘上的光透射區(qū)域和光反射區(qū)域圖形的適當(dāng)選擇，可能得到多達(dá)2⁴＝16個(gè)不同的光探測(cè)器的輸出組合，這樣在僅使用兩個(gè)光發(fā)射體和二個(gè)光探測(cè)器的情況下能獲得被探測(cè)轉(zhuǎn)軸的分辨率是 1/16 轉(zhuǎn)。這里所用的光發(fā)射體和光探測(cè)器的數(shù)量，僅是為達(dá)到相同的角分辨率的那些已有技術(shù)配置中所用光發(fā)射體和光探測(cè)器數(shù)量的另一半，在這些已有技術(shù)中，在光閘上僅使用光反射或光透射區(qū)域

光閘可以是一個(gè)圓盤，在它表面上形成有光反射和光透射區(qū)域。另外，光閘也可以取圓柱體形狀，它的軸線與轉(zhuǎn)軸重合，而光透射和光反射區(qū)域就在該光閘的圓柱表面上形成。

在最佳實(shí)施例中，光閘上的光透射和光反射區(qū)域排列成一種圖形，從而當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光閘，通過第一和第二光發(fā)射體和探測(cè)器時(shí)，能使第一和第二光探測(cè)器的輸出以獨(dú)特的圖形改變狀態(tài)。例如，光透射和光反射區(qū)域可以排列成這樣，使得第一和第二光探測(cè)器按照格雷（Gray）碼改狀態(tài)。

此外，本發(fā)明的光學(xué)轉(zhuǎn)軸編碼器最好還包括下列裝置：它能把第一和第二光探測(cè)器的輸出與這類輸出的預(yù)定圖形進(jìn)行比較，這個(gè)預(yù)定圖形代表著光閘和轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第一和第二光發(fā)射體和探測(cè)器的預(yù)定角位置。還可提供對(duì)該比較裝置響應(yīng)的裝置以產(chǎn)生指示，如此探測(cè)轉(zhuǎn)軸的位置的信號(hào)。