光電編碼器原理及應用電路是怎樣的？今天無錫華爾圣編碼器廠家來講解下：

1. 光學編碼器的原理

光電式編碼器是通過光電轉換將輸出軸上機械幾何位移量轉換為脈沖或數字量的傳感器. 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，因此當電動機旋轉時，光柵盤與電動機以相同的速度旋轉，經由由發(fā)光二極管等電子部件構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。 當前電機的轉速可以通過對光電編碼器每秒的輸出脈沖數進行計數來反映。 另外，為了判斷旋轉方向，碼盤可以提供90相位不同的旱牧鉸鏈

根據檢測原理，編碼器可以分為光學式、磁性、感應式、靜電容量式。 根據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1圈的脈沖，用于基準點的定位. 優(yōu)點是原理簡單，機器平均壽命在數萬小時以上，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)交替構成，相鄰的代碼信道的扇區(qū)數呈2倍的關系，因此，各信道的扇區(qū)數為2倍如果碼盤位于不同的位置，則各受光元件根據有無受光而轉換為對應的電平信號，從而形成二進制數。 該編碼器的特征是，無需使用計數器，即可讀出與在旋轉軸的任意位置固定的位置對應的數字代碼。 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。 目前國內有16位絕對編碼器產品。

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進制的位數決定，也就是說精度取決于位數，現在有10位數、14位數等多種類型。

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換原理將輸入到軸上的角度量轉換為對應的電脈沖或數字量的角度(角速度)檢測裝置，具有體積小、精度高、工作可靠、接口數字化等優(yōu)點。 廣泛應用于數控機床、回轉平臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測量等需要檢測角度的裝置和設備。

2 .光電編碼器的應用電路

2.1 EPC-755A光電編碼器的應用

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，可以計數得到測量的數字信號。 因此，我們在開發(fā)汽車駕駛模擬器時，方向盤旋轉角度的測量采用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，汽車方向盤旋轉為雙向圖2圖示了光電編碼器中實際使用的相位同步和雙向計數電路，相位同步電路包括一個d觸發(fā)器和兩個與門，計數電路包括3個74LS193。

當光電編碼器順時針旋轉時，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，計數脈沖為當光電編碼器逆時針旋轉時，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，上面與非門關閉，為高電平(波形W1 ) 計數脈沖通過(波形W4 )，發(fā)送到雙向計數器74LS193的減法脈沖輸入端CD，進行減法計數。

汽車方向盤順時針和逆時針旋轉時，其zui大旋轉角度均為2圈半，選擇分辨率為360脈沖/圈的編碼器，其zui大輸出脈沖數為900個，實際使用的計數電路由3個74LS193構成，系統(tǒng)接通電源時如上所述，當手柄順時針旋轉時，計數電路的輸出范圍為2048~2948，而當手柄逆時針旋轉時，計數電路的輸出范圍為2048~1148。 計數電路的數據輸出D0~D11被傳送到數據處理電路。實際使用時，手柄經常順時針和逆時針旋轉。 由于存在量化誤差，在長時間工作后，手柄返回時的計數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，數據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)，計數電路的數據輸出不是2048，則可以復位計數電路，重新設定初始值。

.2光電編碼器在重力測量儀中的應用

采用旋轉式光電編碼器，將其旋轉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換為某個信號量的旋轉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，而是產生計數脈沖。 其代碼盤的外道和中間道有相同數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生的脈沖信號(作為碼輪的基準位置，向計數系統(tǒng)提供初始的零信號)。 可以根據a、b兩個輸出信號的相位關系(超前或滯后)判斷旋轉方向。 由圖3(a  )可知，編碼板正轉時，a通道脈沖波形比b通道前進/2，反轉時，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)定地產生的正脈沖與b通道整形波的邏輯積，在編碼板正轉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，增量編碼器根據輸出脈沖源和脈沖計數來確定編碼盤的旋轉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，可計數脈沖為2N倍光柵數，當前N=2。 圖3的電路的缺點在于，當一個信號處于“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，編碼板上不產生位移，但是會產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)器串聯連接，所以在時鐘脈沖間隔內，兩個q端子(對應于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，可以根據兩者的關系判斷其變化方向，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，則會交替產生“正向”和“反向”脈沖。 這可以在對兩個計數器取代數和時消除它們的影響(下一個機器的讀數也與這一點有關)。 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個計數脈沖。 例如，每轉1次的脈沖數為1000的編碼器可倍頻4次的脈沖數為4000個，其分辨率為0.09。 實際上，現在這種傳感器產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，所以只需要加上細分和計數電路就可以構成角位移測量系統(tǒng)(74159為4-16解碼器)。

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