全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器的制造方法
【專利摘要】提供一種全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，在密閉的外殼內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上固定有光學(xué)編碼盤，所述光學(xué)編碼盤的上制有多條編碼光軌，發(fā)光端光纖組和接收端光纖組一端分別懸空對應(yīng)每條編碼光軌，所述發(fā)光端光纖組和接收端光纖組另一端引出外殼之外，并用傳輸光纜連接到遠(yuǎn)離干擾源的光電耦合電路上輸出正確的電信號編碼。本發(fā)明是全光式的能量與信息傳輸，沒有電信號，沒有電氣部件，有最好的抗電磁干擾的能力，且重量輕，抗震性能好，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
【專利說明】全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明光電旋轉(zhuǎn)編碼器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器， 采用全光學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒有電氣部件，編碼信息完全不會受到各種電磁信號的干擾。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種檢測物體旋轉(zhuǎn)物理量的傳感器，只要輸入電能，就有可直接進(jìn) 入數(shù)字系統(tǒng)的輸出電脈沖，可測量物體轉(zhuǎn)動的角度、轉(zhuǎn)過的圈數(shù)、轉(zhuǎn)動的角速度等；旋轉(zhuǎn)編 碼器運(yùn)行穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)或轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為平動的系統(tǒng)中。但在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的 旋轉(zhuǎn)編碼器都帶有電纜，通常都安裝在離電動機(jī)很近的轉(zhuǎn)動設(shè)備上，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電動機(jī) 及其控制設(shè)備以及動力電纜中會產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾信號，會對編碼器內(nèi)部的電路或其連接的 電纜產(chǎn)生難以抵御的干擾；或設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的靜電放電或空中的雷電會擊中編碼器；或 者所有可能的干擾會沿著編碼器電纜，傳輸?shù)剿B接的電子設(shè)備中去，這些都會使基于編 碼器的電子系統(tǒng)出現(xiàn)難以預(yù)測的錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。現(xiàn)有的編碼器由于要通電，有 電纜，原則上難以消除干擾，因此有必要提出改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：提供一種沒有電信號、沒有電氣部件、能抵抗各種電磁信 號干擾的全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器。
[0004] 本發(fā)明米用的技術(shù)方案：全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，在密閉的外殼內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn) 軸，所述轉(zhuǎn)軸上固定有光學(xué)編碼盤，所述光學(xué)編碼盤上制有多條編碼光軌，發(fā)光端光纖組和 接收端光纖組一端分別懸空對應(yīng)每條編碼光軌，所述發(fā)光端光纖組和接收端光纖組另一端 引出外殼之外，并用傳輸光纜連接到遠(yuǎn)離干擾源的光電耦合電路上輸出正確的電信號編 碼。
[0005] 其中，所述光電耦合電路由發(fā)光耦合單元和光電轉(zhuǎn)換單位構(gòu)成，其中，發(fā)光端光纖 組另一端引出外殼后通過傳輸光纜與發(fā)光耦合單位電連接，接收端光纖組另一端引出外殼 后通過另一根傳輸光纜與光電轉(zhuǎn)換單兀電連接輸出正確的電信號編碼。
[0006] 進(jìn)一步地，所述發(fā)光端光纖組和接收端光纖組各自對應(yīng)的每對光纖的端面為傳光 的光學(xué)平面或微透鏡。
[0007] 進(jìn)一步地，所述光學(xué)編碼盤為透光或不透光的透射式編碼盤，或者為反光或不反 光的反射式編碼盤。
[0008] 進(jìn)一步地，所述編碼光軌為四位格雷碼光軌或八位格雷碼光軌或四位圓筒光軌。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比是全光式的能量與信息傳輸，沒有電信號，沒有電氣部件， 有最好的抗電磁干擾的能力，且重量輕，抗震性能好，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為四位格雷碼光軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為八位格雷碼光軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為增量式編碼光軌的結(jié)構(gòu)示意圖，由內(nèi)向外依次為Z、 A、B編碼光軌；
[0014] 圖5為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為四位編碼光軌的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖6為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為四位圓筒編碼光軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖7為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為八位編碼光軌的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖8為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為透射式編碼盤且光纖頭部的光學(xué)結(jié)構(gòu)與光路的兩 種可能的示意圖，其中發(fā)光端光纖組的光纖頭是光學(xué)平面或微透鏡，接收端光纖組的光纖 頭是微透鏡。
[0018] 圖9為本發(fā)明的光學(xué)編碼盤為反射式編碼盤且光纖頭部的光學(xué)結(jié)構(gòu)與光路的兩 種可能的示意圖，其中發(fā)光端光纖組的光纖頭是光學(xué)平面或微透鏡，接收端光纖組的光纖 頭是微透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖1-9描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖2、圖3和圖4中，黑色區(qū)域表示不透 光或不反光，白色區(qū)域表示透光或反光。
[0020] 全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，在密閉的外殼1內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸3,所述轉(zhuǎn)軸3上固定 有光學(xué)編碼盤2,具體說，所述光學(xué)編碼盤2為透光或不透光的透射式編碼盤，或者為反光 或不反光的反射式編碼盤。所述光學(xué)編碼盤2上制有多條編碼光軌10,編碼光軌10為四位 格雷碼光軌或八位格雷碼光軌或四位圓筒光軌。發(fā)光端光纖組4和接收端光纖組5 -端分 別懸空對應(yīng)每條編碼光軌10,具體說，所述發(fā)光端光纖組4和接收端光纖組5各自對應(yīng)的每 對光纖的端面為傳光的光學(xué)平面8或微透鏡9。所述發(fā)光端光纖組4和接收端光纖組5另 一端引出外殼1之外，并用傳輸光纜6連接到遠(yuǎn)離干擾源的光電耦合電路7上并輸出正確 的電信號編碼。具體說，所述光電耦合電路7由發(fā)光耦合單元11和光電轉(zhuǎn)換單位12構(gòu)成， 其中，發(fā)光端光纖組4另一端引出外殼1后通過傳輸光纜6與發(fā)光耦合單位11電連接，接 收端光纖組5另一端引出外殼1后通過另一根傳輸光纜6與光電轉(zhuǎn)換單元12電連接并輸 出正確的電信號編碼。
[0021] 對于增量式編碼器，只需3對光纖，分別對準(zhǔn)上的Z、A、B(見圖4的說明）三條編 碼光軌10就可以了，圖4所示只是一個(gè)16分度的編碼光軌圖案，實(shí)際實(shí)施時(shí)可按精度的需 要，設(shè)計(jì)制作更高分度數(shù)的編碼光軌圖案，如可設(shè)計(jì)成256分度的編碼光軌圖案。對于絕對 式編碼器，其輸出編碼的位數(shù)，就是編碼光軌10的條數(shù)，也是光纖的成對數(shù)量，位數(shù)越高， 分辨率也越高，加工的工藝要求就越高；其光學(xué)編碼盤2可以是對應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)形式， 也可以是格雷碼的形式。
[0022] 實(shí)例1 :以圖7為例，這是一個(gè)8位絕對碼的旋轉(zhuǎn)編碼器。外殼1是圓柱狀，上下 的兩個(gè)圓形端蓋可拆卸，且兩個(gè)的圓形端蓋是對稱結(jié)構(gòu)；每個(gè)圓形端蓋與圓柱殼體1上有 定位標(biāo)記；兩個(gè)圓形端蓋的中心用于安裝轉(zhuǎn)軸3 ;每個(gè)圓形端蓋的內(nèi)壁面上都有定位與固 定光纖的導(dǎo)槽與蓋板；轉(zhuǎn)軸3上有固定編碼盤2的螺絲；光學(xué)編碼盤2上的光軌圖案可以 是8位格雷碼（如圖3)，也可以是8位二進(jìn)制數(shù)形式的，光學(xué)編碼盤2光軌的光學(xué)特性是透 光和不透光的透射式（如圖8);外殼1的外壁面上留有傳輸光纜6的引出孔。將16芯的 傳輸光纜6 -端中的每根光纖加工成光學(xué)平面8或微透鏡9,由外向內(nèi)穿進(jìn)傳輸光纜6的 引出孔，再將16芯的每根光纖，每8根為一組（分別對應(yīng)發(fā)光端光纖組4和接收端光纖組 5)，分別嵌入到兩個(gè)圓形端蓋的導(dǎo)槽中，并將光纖在導(dǎo)槽中的順序，標(biāo)記在光纜的另一端引 出端上，之后安好蓋板；對準(zhǔn)標(biāo)記先安裝固定一個(gè)圓形端蓋，再將裝好光學(xué)編碼盤2的轉(zhuǎn)軸 3安裝到一個(gè)圓形端蓋上，之后將另一圓形端蓋穿過轉(zhuǎn)軸3安裝在圓柱殼體1上，并對準(zhǔn)標(biāo) 記后固定；將16芯的傳輸光纜6的另一端引出端8根（對應(yīng)發(fā)光端光纖組4)，接到光電奉禹 合電路7的發(fā)光耦合單元11上，另8根（對應(yīng)接收端光纖組5)按標(biāo)記順序，依次接到光電 耦合單元12上；通電檢驗(yàn)后，將外殼1引出孔內(nèi)的傳輸光纜6做好固定與密封。為了拆裝 方便，可在編碼器的引出孔和光電耦合電路板上設(shè)計(jì)安裝上光纜插座，將中間的長光纜的 兩頭設(shè)計(jì)安裝上光纜插頭。
[0023] 實(shí)例2 :以圖5為例，這是一個(gè)4位絕對碼的旋轉(zhuǎn)編碼器，將傳輸光纜6改為8芯 的，光學(xué)編碼盤2改為4位的，其余的結(jié)構(gòu)、加工、組裝等與實(shí)施例1相同，其整體尺寸也能 較實(shí)施例1縮小一些。
[0024] 實(shí)例3 :增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，其結(jié)構(gòu)、加工、組裝等與實(shí)例1相同，結(jié)構(gòu)與圖1或圖5 相近，只是傳輸光纖6選6芯的光纜，光學(xué)編碼盤2的光軌圖案如圖4所不。
[0025] 實(shí)例4 :圓筒形編碼盤式的旋轉(zhuǎn)編碼器，參見圖6,光學(xué)編碼盤2是一端有底的圓柱 筒形，底部有孔，可套裝并固定在轉(zhuǎn)軸3上，圓柱筒的中心軸線與轉(zhuǎn)軸3的中心軸線重合；圓 柱筒的外圓周面上排布著環(huán)形的、同心同軸的編碼光軌10圖案，兩組光纖安置于筒的內(nèi)外 光軌上；圖6中未畫出編碼光軌的圖案，其編碼光軌的圖案與圖2、圖3或圖4相似，相當(dāng)于 將圖2、圖3或圖4中的圓盤狀從中心圓也向外拉伸變形、變換成圓筒狀后的圖案。其余的 結(jié)構(gòu)、加工、組裝等與實(shí)施例1相似。
[0026] 在圖8中，光學(xué)編碼盤2為透射式編碼盤且光纖頭部的光學(xué)結(jié)構(gòu)與光路有兩種可 能，其中發(fā)光端光纖組4的光纖頭是光學(xué)平面或微透鏡，接收端光纖組5的光纖頭是微透 鏡。
[0027] 在圖9中，光學(xué)編碼盤2為反射式編碼盤且光纖頭部的光學(xué)結(jié)構(gòu)與光路有兩種可 能，其中發(fā)光端光纖組4的光纖頭是光學(xué)平面或微透鏡，接收端光纖組5的光纖頭是微透 鏡，但相鄰光纖之間按反射光夾角對稱設(shè)置。
[0028] 上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本 發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，其特征在于：在密閉的外殼（1)內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸（3)，所 述轉(zhuǎn)軸（3)上固定有光學(xué)編碼盤（2)，所述光學(xué)編碼盤（2)上制有多條編碼光軌（10)，發(fā)光 端光纖組（4)和接收端光纖組（5) -端分別懸空對應(yīng)每條編碼光軌（10)，所述發(fā)光端光纖 組（4)和接收端光纖組（5)另一端引出外殼（1)之外，并用傳輸光纜（6)連接到遠(yuǎn)離干擾 源的光電f禹合電路（7)上輸出正確的電信號編碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述光電f禹合 電路（7)由發(fā)光耦合單元（11)和光電轉(zhuǎn)換單位（12)構(gòu)成，其中，發(fā)光端光纖組（4)另一端 引出外殼（1)后通過傳輸光纜（6)與發(fā)光耦合單位（11)電連接，接收端光纖組（5)另一端 引出外殼（1)后通過另一根傳輸光纜（6)與光電轉(zhuǎn)換單兀（12)電連接輸出正確的電信號 編碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述發(fā)光端光 纖組（4)和接收端光纖組（5)各自對應(yīng)的每對光纖的端面為傳光的光學(xué)平面（8)或微透鏡 (9)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述光學(xué)編碼 盤（2)為透光或不透光的透射式編碼盤，或者為反光或不反光的反射式編碼盤。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的全光式光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)編碼器，其特征在于： 所述編碼光軌（10)為四位格雷碼光軌或八位格雷碼光軌或四位圓筒光軌或增量式編碼。
【文檔編號】G01D5/26GK104121937SQ201410401198
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】呂宏強(qiáng) 申請人:呂宏強(qiáng)