技术创新驱动光电编码器升级

技术创新驱动光电编码器升级

在工业生产的数控机床、机器人或航空航天、雷达等高精度闭环调速系统，以及伺服系统测速编码器中都可以看到身影。光电编码器和电磁编码器是两种较为常见的类型。与电磁式测量相比，光电式测量精度更高，分辨率更高，结构更紧凑。随着智能制造的升级和各种高精度操作控制需求的出现，如何在提高光电编码器稳定性的同时提高分辨率、减小尺寸，是许多编码器供应商目前正在克服的难题。


提高光电编码器精度和分辨率的最简单方法是增加编码通道的数量。一方面，码盘被放大，另一方面，码通道的宽度被减小。增加码轮的尺寸无疑会增加编码器的尺寸，机械和光学系统的设计难度也会增加。显然不建议放大刻度盘。然而，减小码通道的宽度以增加有限区域内的数量将大大增加统一描述码通道的难度，并且分辨率和准确性将受到影响。

跳出现有技术，采用新技术理论已成为一条新的道路。一路上，升级编码器的核心内部组件已成为当务之急，尤其是光电检测设备，其性能的各个方面都需要改进。

利用MEMS技术，在PD芯片上形成通孔，可以放置特殊的LED，实现LED和PD芯片级的集成。还可以调整PD芯片的厚度，使LED的高度与光敏PD区域的高度相匹配。使用过孔技术的光电探测设备大大提高了分辨率。

编码器供应商Heidenhain生产的ECA 4000和ERA 4000钢栅/鼓栅编码器采用了类似的技术。目前，我国许多高精度设备都使用了海德汉测量设备，如望远镜和高精度雷达。ECA 4000系统的精度为±3英寸至±1.5英寸，信号周期数在8195至44000之间。ERA 4000的系统精度为±5英寸至±2英寸。虽然精度似乎有所降低，但这实际上是因为该系列涵盖了更大范围的信号周期，可以涵盖3000到13000、6000到44000以及12000到52000。在每个信号周期系列中，其精度处于行业最高水平。

特殊栅极的电路加工和制造

当然，海德汉绝对垄断的原因不止一项领先技术。优秀的电路加工和专业的光栅制造能力是许多光电编码器制造商所不具备的核心技术。说到点阵划线生产技术，长春宇恒在中国仍然是无与伦比的。线均匀性、线准直和点阵精度在中端市场得到广泛认可。

这是宇恒的JZN-1系列编码器，这个系列的绝对位数可以是23-29位。同时，即使在高分辨率下，精度也非常高，在20°C时误差仅为±0.5”。这个参数被夸大了。十年前，余恒只能达到8-25位，但现在他最多可以达到29位。这里有很多赞扬，这应该归功于核心电路处理和栅极划线制造技术。

FOP安装

微型光纤板（FOP）是一组微型光纤和一个透镜，可以高效、低失真地传输光和图像。FOP与感光区的耦合探测器可以缩短空间中的自由光路，帮助提高编码器的分辨率，减少串扰，这是滨松独有的专利技术。严格来说，滨松不生产编码器，而是编码器配件的上游供应商。但它推出的主要光电产品极大地促进了编码器制造商的发展。

滨松6像素阵列硅PIN光电二极管编码器是一个模块，采用FOP耦合技术。一个模块化、表面贴装的6像素Si-PIN光电二极管阵列，六个像素中的每一个都是隔离的，这种布置非常适合编码器。使用FOP和Si光电二极管的组合，透镜可以聚焦到比正常光敏表面更高的FOP厚度，从而更容易在靠近光敏表面的位置安装托架或其他组件。此外，可以通过使用低NA FOP来调节光敏方向性。

总结

还有许多技术推动了光电编码器的发展。例如，许多制造商已经开始实现局部放电和外围电路的集成设计，并设计特殊的降噪电路结构，以使设备更易于使用和发挥更好的性能。性能良好，或改善芯片的晶体结构，以实现限流LED的更高可靠性，或重新设计发光直径等。核心技术和核心工艺的不断创新推动了光电编码器行业的不断发展。