光電編碼器原理及應(yīng)用電路是怎樣的？今天無錫華爾圣編碼器廠家來講解下：

1. 光學(xué)編碼器的原理

光電式編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上機械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字量的傳感器. 這是目前使用zui多的傳感器，光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置組成。 格子盤是在一定直徑的圓板上等分開多個長方形孔而成的。 由于光電編碼器與電動機同軸，因此當(dāng)電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機以相同的速度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由由發(fā)光二極管等電子部件構(gòu)成的檢測裝置檢測輸出幾個脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示。 當(dāng)前電機的轉(zhuǎn)速可以通過對光電編碼器每秒的輸出脈沖數(shù)進行計數(shù)來反映。 另外，為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤可以提供90相位不同的旱牧鉸鏈

根據(jù)檢測原理，編碼器可以分為光學(xué)式、磁性、感應(yīng)式、靜電容量式。 根據(jù)其刻度方法和信號輸出形式，分為增量型、絕對型、混合型3種。

1.1增量型編碼器

增量編碼器直接利用光電轉(zhuǎn)換原理，輸出3組方波脈沖a、b、z相. a、b兩組的脈沖相位差90海里雇傭軍，仍然是比鯽魚相每轉(zhuǎn)1圈的脈沖，用于基準(zhǔn)點的定位. 優(yōu)點是原理簡單，機器平均壽命在數(shù)萬小時以上，抗干擾性高，可靠性高，適合長距離傳輸。 其缺點是無法輸出軸旋轉(zhuǎn)的絕對位置信息。

1.2絕對值編碼器

絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，圓形代碼板在半徑方向上有多個同心代碼信道，各信道由光透過的扇區(qū)和光不透過的扇區(qū)交替構(gòu)成，相鄰的代碼信道的扇區(qū)數(shù)呈2倍的關(guān)系，因此，各信道的扇區(qū)數(shù)為2倍如果碼盤位于不同的位置，則各受光元件根據(jù)有無受光而轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電平信號，從而形成二進制數(shù)。 該編碼器的特征是，無需使用計數(shù)器，即可讀出與在旋轉(zhuǎn)軸的任意位置固定的位置對應(yīng)的數(shù)字代碼。 很明顯，代碼通道越多，分辨率越高，具有n位二進制分辨率的編碼器在代碼盤中需要n代碼通道。 目前國內(nèi)有16位絕對編碼器產(chǎn)品。

絕對編碼器以自然二進制或循環(huán)二進制(格雷碼)方式進行光電轉(zhuǎn)換。 絕對編碼器與增量編碼器不同，是一種能透過磁盤上的光，不透過光的線條畫，絕對編碼器可以有幾個代碼，通過讀取代碼磁盤上的代碼來檢測絕對位置。 的設(shè)計可以使用二進制代碼、循環(huán)代碼、二進制完成代碼等。 其特點是：

1.2.1可以直接讀取角度坐標(biāo)的絕對值。1.2.2無累積誤差

1.2.3電源切除后的位置信息不會丟失。 但是分辨率由2進制的位數(shù)決定，也就是說精度取決于位數(shù)，現(xiàn)在有10位數(shù)、14位數(shù)等多種類型。

1.3混合式絕對值編碼器

輸出用于檢測磁極位置的信息組和具有絕對信息功能的信息組的混合絕對值編碼器，另一組是完全相同的增量編碼器的輸出信息。

光電編碼器是利用光電轉(zhuǎn)換原理將輸入到軸上的角度量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量的角度(角速度)檢測裝置，具有體積小、精度高、工作可靠、接口數(shù)字化等優(yōu)點。 廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)平臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標(biāo)測量等需要檢測角度的裝置和設(shè)備。

2 .光電編碼器的應(yīng)用電路

2.1 EPC-755A光電編碼器的應(yīng)用

EPC-755A光電編碼器具有良好的使用性能，角度測量、位移測量時的抗干擾性優(yōu)異，具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號，可以計數(shù)得到測量的數(shù)字信號。 因此，我們在開發(fā)汽車駕駛模擬器時，方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量采用EPC-755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路采用開路集電極型，輸出分辨率采用360脈沖/轉(zhuǎn)，汽車方向盤旋轉(zhuǎn)為雙向圖2圖示了光電編碼器中實際使用的相位同步和雙向計數(shù)電路，相位同步電路包括一個d觸發(fā)器和兩個與門，計數(shù)電路包括3個74LS193。

當(dāng)光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)時，通道a輸出波形比通道b的輸出波形前進90，d觸發(fā)器輸出q  (波形W1 )為高電平，q  (波形W2 )為低電平，上表面為與門打開，計數(shù)脈沖為當(dāng)光電編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)時，通道a輸出波形比通道b的輸出波形延遲90，d觸發(fā)器輸出q  (波形W1 )為低電平，q  (波形W2 )為高電平，上面與非門關(guān)閉，為高電平(波形W1 ) 計數(shù)脈沖通過(波形W4 )，發(fā)送到雙向計數(shù)器74LS193的減法脈沖輸入端CD，進行減法計數(shù)。

汽車方向盤順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)時，其zui大旋轉(zhuǎn)角度均為2圈半，選擇分辨率為360脈沖/圈的編碼器，其zui大輸出脈沖數(shù)為900個，實際使用的計數(shù)電路由3個74LS193構(gòu)成，系統(tǒng)接通電源時如上所述，當(dāng)手柄順時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為2048~2948，而當(dāng)手柄逆時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為2048~1148。 計數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0~D11被傳送到數(shù)據(jù)處理電路。實際使用時，手柄經(jīng)常順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)。 由于存在量化誤差，在長時間工作后，手柄返回時的計數(shù)電路的輸出可能有幾個單詞偏移，而不是2048。 為了解決這個問題，增加了方向盤回拉中檢測電路。 系統(tǒng)工作后，數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操作狀態(tài)時，系統(tǒng)檢測返回中檢測電路，如果手柄處于返回中狀態(tài)，計數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048，則可以復(fù)位計數(shù)電路，重新設(shè)定初始值。

.2光電編碼器在重力測量儀中的應(yīng)用

采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，將其旋轉(zhuǎn)軸連接到重力測定器的校正旋鈕軸上。 將重力測量儀中的補償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)換為某個信號量的旋轉(zhuǎn)編碼器有絕對值編碼器和增量型編碼器2種。

增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其編碼盤比絕對編碼器編碼盤簡單得多，分辨率也高。 一般只需要三個條形碼通道。 這里的碼道實際上不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計數(shù)脈沖。 其代碼盤的外道和中間道有相同數(shù)量的透光性和不透光性扇形區(qū)域(光柵)，但兩個扇區(qū)相互錯開了一半的區(qū)域。 碼輪旋轉(zhuǎn)時，其輸出信號是相位差為90的a相和b相的脈沖信號，以及從只有一條光透過狹縫的第三碼道產(chǎn)生的脈沖信號(作為碼輪的基準(zhǔn)位置，向計數(shù)系統(tǒng)提供初始的零信號)。 可以根據(jù)a、b兩個輸出信號的相位關(guān)系(超前或滯后)判斷旋轉(zhuǎn)方向。 由圖3(a  )可知，編碼板正轉(zhuǎn)時，a通道脈沖波形比b通道前進/2，反轉(zhuǎn)時，a通道脈沖比b通道延遲/2。 圖3(b  )是實際的電路，是在a通道整形波的下降沿單穩(wěn)定地產(chǎn)生的正脈沖與b通道整形波的邏輯積，在編碼板正轉(zhuǎn)的情況下僅輸出正方向的端口脈沖，僅輸出反方向的端口脈沖。 因此，增量編碼器根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計數(shù)來確定編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向和相對角位移量。 通常，如果編碼器中有n個(碼道)輸出信號，則其相位差為/N，可計數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，當(dāng)前N=2。 圖3的電路的缺點在于，當(dāng)一個信號處于“高”或“低”電平，另一個信號處于“高”和“低”之間的往返變化狀態(tài)時，編碼板上不產(chǎn)生位移，但是會產(chǎn)生一個方向的輸出脈沖。 例如，如果碼盤發(fā)生抖動或手動對齊(在測量重力計時會出現(xiàn)這種情況)。

圖4是可以在防止錯誤脈沖的同時提高分辨率的4倍頻細(xì)分電路。 這里采用了具有存儲功能的d型觸發(fā)器和時鐘發(fā)生電路。 從圖4可以看出，由于各兩個d觸發(fā)器串聯(lián)連接，所以在時鐘脈沖間隔內(nèi)，兩個q端子(對應(yīng)于b通道的74LS175的第2、7個管腳)維持前兩個時鐘期間的輸入狀態(tài)，如果兩者相同，則維持時鐘間隔否則，可以根據(jù)兩者的關(guān)系判斷其變化方向，生成“正方向”或“反方向”的輸出脈沖。 如果某條道路因振動而在“高”、“低”之間往返變化，則會交替產(chǎn)生“正向”和“反向”脈沖。 這可以在對兩個計數(shù)器取代數(shù)和時消除它們的影響(下一個機器的讀數(shù)也與這一點有關(guān))。 因此，時鐘發(fā)生器的頻率須大于振動頻率的可能的zui大值。 如從圖4可知，以原脈沖信號的周期得到4個計數(shù)脈沖。 例如，每轉(zhuǎn)1次的脈沖數(shù)為1000的編碼器可倍頻4次的脈沖數(shù)為4000個，其分辨率為0.09。 實際上，現(xiàn)在這種傳感器產(chǎn)品將光接收元件的輸出信號放大整形等電路和傳感元件封裝在一起，所以只需要加上細(xì)分和計數(shù)電路就可以構(gòu)成角位移測量系統(tǒng)(74159為4-16解碼器)。

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