光電編碼器原理及應(yīng)用電路

1、 先洱透僦3盤(pán)透饞先敏元佯放大整戀 1、光電編碼器原理 光電綢碼器，就是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換WW3出軸上得機(jī)械幾何位移重轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字重得傳感器.這就是目 前應(yīng)用最多得傳感器，光電編碼器就是由光柵盤(pán)與光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)就是在一定直徑得國(guó)板上等 分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔.由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二 極管等電子元件組成得檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圉1所示;通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼 器輸出脈沖得個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤(pán)還可提供相位彳目差90度得脈 沖信號(hào). 圖1光電編碼戢原理示尊圖 圖1光電縊碼器原理示意圖

2、根據(jù)檢測(cè)原理編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式與電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為墳重 式、絕對(duì)式以及混合式三種。 1、1瑁重式編碼器 增量式編碼器就是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B與Z相;A、B兩組脈沖相位差90度得 脈沖信號(hào),Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)庶定位。它得優(yōu)點(diǎn)就是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單,機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)”時(shí) 以上抗干擾能力強(qiáng)，可靠性哥適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)就是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)得絕對(duì)位置信息。 1、2絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)編碼器就是直接輸出數(shù)字重得傳感器，在它得圓形碼盤(pán)上沿徑向有若干同心碼直每條道上由透光與不 透光得扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道得扇區(qū)數(shù)目就是雙倍關(guān)系，碼 盤(pán)上

3、得碼道數(shù)就就是它得二進(jìn)制數(shù)碼得位埶 在碼盤(pán)得一側(cè)就是光源另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有_光敏元件;當(dāng)碼盤(pán)處于不同位置時(shí),各光敏元件根據(jù)受光照 與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)得電平信號(hào)形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器得特點(diǎn)就是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸得任意位置都可讀 出一個(gè)固定得與位置相對(duì)應(yīng)得數(shù)字碼。顯然，碼道越多方辨率就趣哥 對(duì)于一個(gè)具有N位二進(jìn)制分辨率得編 碼器，其碼盤(pán)必須有N條碼道目前國(guó)內(nèi)已有16位得絕對(duì)編碼器產(chǎn)品 絕對(duì)式編碼器就是利用目然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛菜碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得。絕對(duì)式編碼器與堵量式編 碼器不同之處在于圓盤(pán)上透光、不透光得線條圖形，絕對(duì)編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤(pán)上得編碼，檢測(cè) 絕對(duì)位置。編碼得設(shè)計(jì)可

4、采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它得特點(diǎn)就是： 1、2、1可以直接讀出角度坐標(biāo)得絕對(duì)值； 1、2、2沒(méi)有累積誤差； 1、2、3電源切除后位置信息不會(huì)丟失.但就是分辨率就是由二進(jìn)制得位數(shù)來(lái)決啟得,也就就是說(shuō)精度取決 于位數(shù)，目前有10位.14位等多種。 1、3混合式絕對(duì)值綢碼器 混合式絕對(duì)值編碼器它輸出兩組信息:一組信息用于檢測(cè)磁極位帝有絕對(duì)信息功能；另一組貝烷全同瑁量式編碼器得輸出信息. 光電編碼器就是一種角度（角速度）檢測(cè)裝琶它將輸入給軸得角度墾利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得電脈 沖或數(shù)字量具有體積|精度高，工作可靠，接數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn).它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、 機(jī)器人、雷達(dá)、

5、軍事目標(biāo)測(cè)走等需要檢測(cè)角度得裝置與設(shè)備中. 2、光電編碼器得應(yīng)用電路 2、1 EPC - 755A光電編碼器得應(yīng)用 EPC - 755A光電編碼器具備良好得使用性能,在角度測(cè)重、位移測(cè)重時(shí)抗干擾能力很弭井具有穩(wěn)定可霏得 輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測(cè)重得數(shù)字信號(hào)。因此,我們?cè)诔x制汽車篤駛模擬器時(shí)，對(duì)方 向盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度得測(cè)ft選用EPC - 755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用隼電極開(kāi)路型,輸出分辨率選 用360個(gè)脈沖/圈,考慮到汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)就是雙向得，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器得輸 出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電絹碼器實(shí)際使用得鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒

6、相電路用1個(gè)D解發(fā) 器與2個(gè)與非門(mén)組成，計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。 OVT-L 0U7-B CHTT-A N2 OUT-X OUT-B VI TLK V2 =0 順時(shí)針疑轉(zhuǎn) 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) D4D5D6D7 D0D1D2D3TCUICD P0P1P2P3CVCDCLMR 戰(zhàn)光電編瑪器鑒相計(jì)數(shù)電路 當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)通道A輸出波形超前通道B輸出波形90fD觸發(fā)器輸出Q（波形W1）為高電 平Q（波形W2）為低電平，上面與非門(mén)打開(kāi)廿數(shù)脈沖通過(guò)（波形W3）.送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193得加脈沖輸 入端CU.進(jìn)行加法計(jì)數(shù);此時(shí)，下面與非門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平（波形W4）.當(dāng)光電編碼器逆時(shí)毛十旋

7、轉(zhuǎn)時(shí)，通 道A輸出波形比通道B輸出波形延遲901D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(mén)關(guān)閉甚輸出為高電平（波形W3）;此時(shí)下面與非門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)（波形W4）,送至雙向計(jì)數(shù)器 74LS193得減脈沖輸入端CD,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。 汽車方向盤(pán)時(shí)針與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分辨率為360個(gè)脈沖/圈得編碼器具 最大輸出脈沖數(shù)為900個(gè);實(shí)際使用得計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成在系統(tǒng)上電初始化時(shí),先對(duì)其進(jìn)行復(fù) 位（CLR信號(hào)）再將其初值設(shè)為800H,即2048（LD信號(hào)）;如此,當(dāng)方向盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路得輸出范圍 為2048 2948,當(dāng)方向

8、盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路得輸出范圍為2048 1148;計(jì)數(shù)電路得數(shù)據(jù)輸出D0 D11送至數(shù)據(jù)處理電路。 實(shí)際使用時(shí)方向盤(pán)煩繁地進(jìn)行順時(shí)針與逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于存在重化誤差工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后,方向盤(pán)回中時(shí) 計(jì)數(shù)電路輸出可能不就是2048,而就是有幾個(gè)字得偏差;為解決這一問(wèn)逼我們堵加了一個(gè)方向盤(pán)回中檢測(cè) 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(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)回中檢測(cè)電路，若方向盤(pán)處于回中狀 態(tài)，而計(jì)數(shù)電路得數(shù)據(jù)輸出不就是204否則 可以根據(jù)兩者關(guān)系判斷出它得變化方向，從而產(chǎn)生正向或反向輸出脈沖。當(dāng)某道由于振動(dòng)在哥、低間往 復(fù)變化時(shí)，將交替產(chǎn)生正向與反向脈沖，這在對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器取代數(shù)與時(shí)就可消

9、除它們得影響（下面儀器得 讀數(shù)也將涉及這點(diǎn)）.由此可見(jiàn)，時(shí)鐘發(fā)生器得壩率應(yīng)大于振動(dòng)頻率得可能最大值。由圖4還可瞧也在原一 個(gè)脈沖信號(hào)得周期內(nèi),得到了四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。例如，原每圈脈沖數(shù)為1000得編碼器可產(chǎn)生4倍頻得脈沖數(shù)就 是4000個(gè)其分辨率為0、09。實(shí)際上，目前這類傳感器產(chǎn)品都將光敏元件輸出信號(hào)得放大整形等電路與 傳感檢測(cè)元件封裝在一起所以只要加上細(xì)分與計(jì)數(shù)電路就可以組成一個(gè)角位移測(cè)量系統(tǒng)（74159就是 4-16譯碼器）。 其她資料： 編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分，有堵量型綢碼器，絕對(duì)型編碼器。 瑁重型編碼器（旋轉(zhuǎn)型） 工作原理: 由一個(gè)中心有軸得光電碼盤(pán)其上有環(huán)形通、暗得刻線,有光電發(fā)射與接

10、收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組 合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度）將C、D信號(hào)反向塵加在A、 B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位. 由于A、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還就是B相在前，以判別編碼器得正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)通過(guò)零位脈沖, 可獲得編碼詔號(hào)零位參考位。 編碼器碼盤(pán)得材料有玻璃.金屬、塑料玻璃碼盤(pán)就是在玻璃上沉積很薄得刻線,其熱穩(wěn)定性好精度咼金屬 碼盤(pán)直接 以通與不通刻線不易碎，但由于金屬有一定得厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃得差一個(gè)數(shù)重級(jí)， 塑料碼盤(pán)就是經(jīng)濟(jì)型得，其成本低但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些.

11、分辨率一編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少得通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般 在每轉(zhuǎn)分度570000線。 信號(hào)輸出： 信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）方波（TTL、HTL）摩電極開(kāi)路（PNP、NPN）推拉式多種形式甚中TTL為長(zhǎng) 線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-ZZ）,HTL也稱推拉式推挽式輸出,編碼器得信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì) 應(yīng). 信號(hào)連接一編碼器得脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī),PLC與計(jì)算機(jī)連接得模塊有彳氐速模塊與高速 模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。 如單相聯(lián)接用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。 A、B兩相聯(lián)接,用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向與測(cè)速。 A、B、Z三相

12、聯(lián)接,用于帯蔘考位修正得位置測(cè)重。 A、A,B、B,Z、乙連接,由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)得連接,電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)得電磁場(chǎng)為0,衰減最小，抗干擾最隹 可傳輸較遠(yuǎn)得距離。 對(duì)于TTL得芾有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出得編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米. 對(duì)于HTL得帝有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出得編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。 堵量式編碼證號(hào)問(wèn)題： 堵量型編碼器存在零點(diǎn)累計(jì)誤差抗干擾較差,接收設(shè)備得停機(jī)需斷電記憶，開(kāi)機(jī)應(yīng)找零或參考位等問(wèn)題，這些 問(wèn)題如選用絕對(duì)型編碼器可以解決. 瑁量型編碼器得F應(yīng)用: 測(cè)遶測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向,測(cè)移動(dòng)角度、距離（相對(duì)）。 絕對(duì)型編碼器（旋轉(zhuǎn)型） 絕 對(duì)編碼器光碼盤(pán)上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線.8線、16線編排，這樣，在編碼 器得