金属码盘：抗冲击的反射式码盘

金属码盘多用不锈钢做基材，抛光的镜面是反射区，粗糙或吸光的部分是非反射区，读数头靠两者反射率的差别读出信号。它抗冲击、耐振动、可以做薄，但对平面度和表面状态更敏感。本文讲清它的结构、优点和使用注意事项。

设备振动大、偶尔会受冲击，或者电机后端留给编码器的轴向空间只有几毫米，这时玻璃码盘就有点为难：玻璃脆，怕冲击，也不容易做得很薄。金属码盘正是为这类场合准备的，它多用不锈钢做基材，走的是反射式光路。

一片不锈钢，两种表面

金属不透光，所以金属码盘不靠“透光、不透光”，而靠“反射、不反射”来形成图形：

• 反射区：抛光的镜面。光照上去按反射定律射向一个方向，正好被读数头的接收器收到。
• 非反射区：要么是粗糙的表面，把光向四面八方散开；要么是一层吸光的低反射膜，把光吃掉。两种做法都能用光刻和蚀刻做出精细图形。

码盘转动时，光斑交替落在两种表面上，接收器得到一亮一暗的信号，见图1。

信号对比度取决于两种表面的反射率之差。用调制度 M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) 算一下：假设反射区送回的光为 1、非反射区为 0.1，M = 0.9 ÷ 1.1 ≈ 0.82；如果非反射区做得不好、送回 0.3，M 就降到约 0.54。所以非反射区“够不够暗”和反射区“够不够亮”同样要紧。

优点：抗冲击、能做薄

• 抗冲击、耐振动：金属有韧性，受冲击时不会像玻璃那样崩边、碎裂。
• 可以做薄：薄片仍有足够强度，适合轴向空间紧的结构。
• 单侧读数：反射式的光源和接收器在码盘同一侧，读数头不必跨过码盘，装配空间更灵活。
• 与金属轮毂更匹配：不锈钢的线膨胀系数约 16–17 ×10⁻⁶/K，铝合金约 23；比起钠钙玻璃的约 9，与铝轮毂之间的热膨胀差更小。

注意事项一：平面度

薄金属片容易翘曲。反射式读数对间隙比较敏感，码盘翘曲时，读数间隙会随转角起伏，信号幅值也跟着波动，见图2。

另外，反射面倾斜 α，反射光会偏转 2α，光斑可能偏离接收器。所以金属码盘的平面度、装配后的端面跳动都要控制好。

注意事项二：表面状态

反射式信号直接取决于表面的反射率。指纹、油膜、氧化、划伤都会改变反射率，让信号变弱或不均匀。不锈钢虽然耐腐蚀，抛光镜面仍然怕污染：拿取要戴手套或指套、只碰边缘，储存要防潮，清洁要用合适的方法。

温度变化也要考虑：不锈钢码盘温升 60 K 时，半径 20 mm 处约胀 19.2 μm，对反射式读数头的间隙会有影响。

适合哪些场合

• 振动、冲击较大的设备；
• 轴向空间紧、需要薄型结构的电机和模块式编码器；
• 码盘和读数头分开安装、需要单侧读数的结构。

需要很高线数和精度时，玻璃码盘仍然更常见，选型时可以和码盘厂一起权衡。

小结

金属码盘用不锈钢做基材，靠抛光镜面和粗糙或吸光表面的反射率差形成信号。它抗冲击、耐振动、可以做薄，代价是对平面度和表面状态更敏感。用好金属码盘，关键在控制好翘曲、保护好镜面。

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