光电编码器电路图
光电编码器电路图
光电编码器电路图文章出处： 发布时间：| 35 次阅读| 0次推荐| 0条留言EPC－755A光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。
因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。
图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。
当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D触发器输出Q(波形W1)为高电平，Q(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。
当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q(波形W1)为低电平，Q(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。
汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，先对其进行复位(CLR信号)，再将其初值设为800H，即2048(LD信号)；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～2948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～1148；计数电路的数据输出D0～D11送至数据处理电路。
光电编码器原理及应用电路
光电编码器原理及应用电路1、光电编码器原理光电编码譌就星一种通过光电转换将输出轴上得机械几何位移量转换成脉冲或数字■得传感器•这就蹇目 前应用最多得传感器,光电编码器就是由光栅盘与光电检测装迓组成•光栅盘就是在一走臺径得®板上等 分地开通若干个长方形孔.由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时「光栅盘与电动机同速旋车专，经发光二 极■等电子元件组成得检测装迓检测输出若干脉冲信号，其原理示总S 如ffi 1所示;通过计算每秒光电编码 器输出脉冲得个数就能反映当前电动机得转速.此外为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度得脉 冲碍图1光电编码S 原理示S 图ffi 1光电缩码»原理示意® 根垢检测原理编码器可分为光学貳、磁式、感应式与电容式・根揣其刻度方法及信号输出形式，可分为增量 式、绝对式以及混合式三种.1、1增量式编码器« ■式编码器就是妣利用光电转换原理输出三组方波脉冲A 、B 与Z 相;A 、B 两组脉冲相位差90度得 脉冲信号忆相为每转一个脉冲，用于墓准点走位.它得优点就是原理构适简单，机械平均寿命可在几万小时 以上抗干扰能力强「可靠性画适合于长距离传输・其缺点就麻法输出轴转动得绝对位琶信息•1、2绝対式编码器绝对竊码器就是厦接输出数字■得传感器，在它得圆形码盘上沿径向有若干同心码匾每条通上由透光与不 透光得扇形区相间组成,相邻码iS 得扇区数目就墨双倍关嬴码盘上得码通数就就墨它得二进制数码得位埶 在码盘得一侧就是光鴻另TW 对应每Fis 有Tess 元件;当码盘处于不同位迓时各光敏元件根据受光照 与否转换岀相应得电平信号■形成二进制数・这种扁码器得持原就超不耍计数器，在转轴得任倉位迓都可读 岀一个a 走得与位迓相対应得数字码•显然「码通越多■分辨率就越画对于一个典有N 位二进制分辨率得竊 码器,其码盘必须有N 条码通・目前国内已有16位得绝对编码»产品•绝对式竊码器就是利用目然二进制或循环二逬制（葛莱码）方式进行光电转换^專・绝对式编码器与1»量式编 码器不同之处在于圆盘上透光.不透光得线条a 形，绝对編码器可有若干编码，根JB 读出码盘上得編码，检测 绝对位编码得设计可采用二iS 制码.循环码•二进制补码等•它得特原就是:1、2、1可以車接读出角度坐标得绝対值；1、2、2没有累积题1、2、3电源切除后位迓信息不会丢失.但就垂分辨率就是由二进制得位数来决走得,也就就墨说精度取决 于位K 启前育10位、14位等多种・1、3混合式绝对值媾码S混合式绝対值编码器，它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位迓滞有绝对信息功能;另一组则完全同堆量JUUI丸溝迓饿©盘 先敏元作转轴式漏码器得输岀信息.光电编码器就迅一种角度（角速度）检测装迓^它将输入给轴得角度靈利用光电转换原理转换成相应得电脉 冲或数字■，興有体积小「精度衙,：n 乍可靠,接□数字化等优原・它广泛应用于数控机床.回转台、伺服传动、 机器人•胃达、军事目标测走等需要检测角度得装畳与设备中•2、光电编码器得应用电路2、1EPC. 755A 光电编码器得应用EPC ■ 755A 光电编码器興备ft 好彳雾使用性能，在角度测量、位移测■时抗干扰能力很弭井典材穂走可靠得 输出脉;中信号且该脉;中信号经计数后可得到被测量得数字信号.因此我们在研制汽车麗驶樓拟器时，対方 向盘旋转角度得测■选用EPC - 755A 光电编码器作为传恋器，其输出电路选用集电极开路聖输出分辨率选 用360个脉冲/圈考虑到汽车方向盘转动就罡双向得，既可顺时针旋$0也可逆时针旋辑需要对镰码器得输 岀信号鉴相后才能计数・S 2给出了光电網码》实际使用得鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D 触发 器与2个与非门组成计数电路用3片74LS193组成•74151si当光电编码器顺时针旋转时，通運A 输岀波形超前通道B 输出波形90^D 赃发器输出Q （波形W1）为衙电 平Q （波形W2）为低电平上面与非门打开■计数 脉冲通过（波形W 为送至双向计数器74LS193得加脉冲输 入端CU.进行加法计数;此时下面与非门关闭，其输岀为商电平（波形W4）.当光电竊码器逆时针旋转时通 ）1 A 输出波形比通il B 输岀波形延迟90^D 赃发器输出Q （波形W1）为低电平,Q （波形W2）为蔺电平，上面 与非门关闭（翼输出为离电平（波形W3）;此时下面与非门打开，计数脉冲通过（波形W4）,送至双向计数器 74LS193得减脉冲输入揣CD,进行减法计数•汽车方向盘顺时针与逆时针旋转时，翼最大旋转角度均为两H 半■选用分辨率为360个脉冲/B 得網码譌M 最OUT-L OVT-B OVT-A JI t2 PO Pl tz P3 CUCD CL MR QOQIQ2Q3 TCV TCD 顺时针瞬逆时針删oirr-AOUT-BVI*2V3V4大输出脉冲数为900个;实际使用得计数电路用3片74LS193组成在系统上电初始化时洗对集进行复位（CLR信号h再将翼初值设为800H,即2048（10信号）;如此,当方向盘顺时针旋转时，计数电路得输出范00 为2048〜2948,当方向盘逆时针旋转时计数电路得输出范围为2048〜1148;计数电路得数垢输出DO〜D11摩换处理电路.实际使用时.方向盘频繁地进行顺时针与逆时针转动，由于存在量化舷工作较长一段时间后方向盘回中时计数电路输出可能不就是204&而就是有几个字得偏差;为解决这一问观我们增加了一个方向盘回中检测电路，系统工作后，数碗理电路在欖拟器处于非操作状态时，系统检测回中检测电路，若方向盘处于回中状态両计数电路得数据输出不就是204&可対计数电路进行复位疋新设迓初值.2、2光电编码器在更力测量仪中得应用采用旋转式光电编码器,把它得转轴与■力测量仪中补偿旋钮轴相连・靂力测量仪中补悽旋tfl得角位移量转化为某种电信号量旋转式光电缩码器分两种，绝对编码器与墙量编码器.« ■编码SS就是以脉冲形式输出彳辱传感器，其码盘比绝对編码器码盘要简单得多且分辨率屋衙• 一般只需要三条码a这里得码連实际上已不典有绝対勰器码il得意义•而就是产生计数脉冲.它得码盘得^卜連与中间通有数目相同均匀分布得透光与不透光得扇形区（光棚“旦就是两通扇区相互错幵半个区•当码盘转动时芯得输出信号就遷相位差为90°得A相与B相脉冲借号以及只有一条透光狭缝得第三码通所产生得脉冲信号（它作为码盘得墓准匹给计数系统提供一个初始得零位信号）•从代B两个输出信号得相位关系（超前或^^后）可判断旋转得方向・由图3（3）可见,当码盘正转时,A iS脉冲波形比B連超前n/2,而反转时人il脉冲比B a滞后n/2. S 3（b）就是一实际电路，用A iKS形波彳專下沿J»发单穂态产生彳專正脉冲与B il整形波相■与;当码盘正转时只有正向口脉冲输出「反之只有逆向口脉冲输出・因此，增■網码»就是根垢输出脉冲源与脉冲计数来确走码盘得转动方向与相对角位移量.通當，若编码器育N个（码連）输岀信号■翼相位差为n/ N,可计数脉冲为2N倍光栅釵现在N=2.圏3电路得鉄点就是育时会产生淚记脉冲适成淚塑这种1•况出现在当某一運信号处于雋'或■低・电平状态両另一通信号正处于离■与低'之间得往返变化状态’此时码盘虽然未产生位移•但就是会产生单方向得输出脉冲.例如「码盘发生掛动或手动対准位迓时（下面可以瞧到，在更力仪测■时就会有这种情况)•顾T_n_m-mj~L_rL_r mwinnrrmf 正向脈冲逆向冲mwranrrnT 74LS14Ail 道」-计'74IS14碇道二一讣;(b)图3增量光电编码《基本液形和电路逹方修Y —＞正方向nwmmnnr 逆向隸沖iwranm(£(b)S 4四倍计数方式的波形和电路S 4就是一个既能防止淚脉冲又删衙分辨率得四（豳细分电路・在这里採用了有记忆功能得D 型触发 器与时忡发生电路•由a 4可见，每一通育两个D 解发器串接，这样,在时钟脉冲得间隔中■两个Q 端（如对应 B74151751^^2.7两个如期得输入状态鬲两者相同，则表示时钟间隔中无变化;杏则『 可以根JB 两者关系判断岀它得变化方向『从而产生‘正向或反向'输出脉冲•当某運由于振动在橋；•低•间往 复变化时将交■产生'正向■与反向'脉冲，这在对两个计数SS 取代数与时就可消除它们得影响仟面仪器得 读数也将涉及这原）.由此可见时钟发生器得频率应大于振动频率得可能最大僮.由a 4还可W 也在原一 个脉冲信号得朋内■得到了四个计数脉冲•例如，原每圈脉冲数为1000得镰码器可产生4倍频得脉冲数就 S 4000个■翼分辨率为0、09\实际上目前这类传感器产品畤光數元件输出信号得放大整形等电路与 传感检测元件封装在一fi •所以只宴力0±细分与计数电路就可以组成一个角位移测楚系统（74159就是 4・：L6译码»）•翼她资料: 編码器如以信号原理来分/»增量型網码》,绝対型镰码器.增亚编码器（旋转型）他道XTLT^f rLrmj WfiiS正向脉冲工作飓由一个中＜＞有轴得光电码盘，其上育环形通、as得刻线•育光电发射与接收器件读取，获得四组正弦波信号纟且合成A、B、G D每个正弦波相差90度扌目位差（相对于—Nfl波为360度）■将C、D信号反向总加在A、B两相上，可增强穂走信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位拳考位•由于A. B两相相差90度「可通过t匕较A相在前还就是B相在前「以判别編码器得正转与反转■通过零位脉沖, 可获得编码81得零位対位.編码器码盘得材料有玻璃、金厲、22料•玻璃码盘就是在玻踽上沉积很薄得刻线「翼热稳定性好，精度詣，金属码4接以通与不通刻线•不易碎,但由于金厲育 F 得厚慮精度就育限制，其热稳走性就要比玻璃得差一个数■级塑料码盘就軽济型得，其成本低，但精度、礙定性.寿命均要差一些.分辨率TR码器以每旋转360度提供多少得通或暗刻线称为分辨率，鲫解析分度.或购称多少线■一般在瞬专分度5~ 10000线・信号输出: 信号输出育正弦波（电流或电压）方波（TTL、HTL）■集电极开路（PNP. NPN）,推拉式多种形式，翼中TTL为长线差分驱动（对称AA・;B,B・;ZZ・）,HTL也称推拉式.推挽式输岀，編码器得信号接收设备接□应与镰码器对应・信号逵接T码器4尊脉冲信号F连接嵌81、PLC、计算机PLC与计算机连接得權块育/朗屋權块与商速權块之分幵关频率有低有码如单相联接用于单方向计数，单方向测速•A. B两相联接，用于正反向计数.判断正反向与测速•A. B、Z三相联接,用于带掺考位修正得位量测杜A. A・R B・Z Z•连接，由于带育对称负信号得连接,电流对于电缆贡献得电磁场为0,衰减最小，抗干扰銀隹可传输较远得距臥対于TTL得芾材对称负信号输出得竊码器，信号耐距禹可达150米・対于HTL得带育对称负信号输出得编码器，信号传输距离可达300米.增壘式骗码制尊问题:1»量型竊码器存在零点累计课墓抗干扰较差，接收设备得停机需断电记忆,开机应找零或势考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决.1»量型编码器得F应用:测遶测转动方向,测移动角度.距离（相对）• 绝对型编码器（旋转型）绝对漪码器光码盘上育许多通光通通刻线，每通刻线依次以2线、4线• 8线、16线……编排，这样，在编码器得每一个位迓■通过渎取每通刻线得通、晴，获得一缜从2得零次方到2彳專n-1次方得唯一彳專2进制綢码（格■码）■这就称为n位绝对編码器•这样得编码SS就是由光电码盘彳硕械位迓决走得•它不受停电、干掀專影响・绝对编码器由机械位迓决走得每个位迓就是唯一得，它无需记忆，无耀找參考点，而且不用一直计数，什么时候需要知iliaa 什么时候就去读取它彳＞{2«・这样旅码器砾干扰傩数揭得可靠廿:*:}M了.。
光电编码器基础知识培训 PPT课件
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UVW ASIC ABZ ASIC
正在发光的LED、 Lens组合件
码盘
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111870-0002 LED、Lens组合件
ABZ ASIC 整体放大图
ASIC的局部放大图
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增量信号：
由A，B，Z等信号组成可以反 应出当前编码器的运行状态。
如：在单位时间内，用户接受 到的脉冲数就反应出了编码器运行 的速度，包括速率和方向。
磁极信号（UVW信号）：
由U、V、W等信号组成可以代 替电机中的电刷切换电机的磁极电 流方向。用来控制电机的运行。
•从机械结构分 •1组合式 2无轴承(M series) 3封闭式
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3 编码器的主要技术参数 脉冲 精度 时针方向 电源电压 消耗电流
电压输出 集电极开路 驱动器输出 信号协议 互补输出 绝缘阻抗 响应频率 启动力拒 径向跳动 轴向串动 端面跳动 时针方向 最大机械转速
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2 编码器的主要分类
•从工作原理分 •1光电式 2磁电式 3机械式
•从信号分 •1增量式(F10 F14 F18) •2绝对式(AC58)
•从轴形式分 •1空心轴(F series) 2实心轴(RI41 RI58 76)
光电编码器的工作原理和应用电路
光电编码器的工作原理和应用电路1 光电编码器的工作原理光电编码器(Optical Encoder)俗称“单键飞梭”，其外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备(如显示器、示波器等)用它作为人机交互接口。
下面以美国Greyhill公司生产的光电编码器为例，介绍其工作原理及使用方法。
光电编码器的内部电路如图1所示，其内部有1个发光二极管和2个光敏三极管。
当左右旋转旋钮时，中间的遮光板会随旋钮一起转动，光敏三极管就会被遮光板有次序地遮挡，A、B相就会输出图2所示的波形；当按下旋钮时，2、3两脚接通，其用法同一般按键。
当顺时针旋转时，光电编码器的A相相位会比B相超前半个周期；反之，A相会比B相滞后半个周期。
通过检测A、B两相的相位就可以判断旋钮是顺时针还是逆时针旋转，通过记录A或B相变化的次数，就可以得出旋钮旋转的次数，通过检测2、3脚是否接通就可以判断旋钮是否按下。
其具体的鉴相规则如下：1.A为上升沿，B=0时，旋钮右旋；2.B为上升沿，A=l时，旋钮右旋；3.A为下降沿，B=1时，旋钮右旋；4.B为下降沿，A=O时，旋钮右旋；5.B为上升沿，A=0时，旋钮左旋；6.A为上升沿，B=1时，旋钮左旋；7.B为下降沿，A=l时，旋钮左旋；8.A为下降沿，B=0时，旋钮左旋。
通过上述方法，可以很简单地判断旋钮的旋转方向。
在判断时添加适当的延时程序，以消除抖动干扰。
2 WinCE提供的驱动模型WinCE操作系统支持两种类型的驱动程序。
一种为本地驱动程序，是把设备驱动程序作为独立的任务实现的，直接在顶层任务中实现硬件操作，因此都有明确和专一的目的。
本地设备驱动程序适合于那些集成到Windows CE平台的设备，诸如键盘、触摸屏、音频等设备。
另一种是具有定制接口的流接口驱动程序。
它是一般类型的设备驱动程序。
流接口驱动程序的形式为用户一级的动态链接库(DLL)文件，用来实现一组固定的函数称为“流接口函数”，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。
光电编码器
1 光电编码器的工作原理光电编码器（Optical Encoder）俗称“单键飞梭”，其外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备（如显示器、示波器等）用它作为人机交互接口。
下面以美国Greyhill公司生产的光电编码器为例，介绍其工作原理及使用方法。
光电编码器的内部电路如图1所示，其内部有1个发光二极管和2个光敏三极管。
当左右旋转旋钮时，中间的遮光板会随旋钮一起转动，光敏三极管就会被遮光板有次序地遮挡，A、B相就会输出图2所示的波形；当按下旋钮时，2、3两脚接通，其用法同一般按键。
图1 光电编码器的内部电路图2 光电编码器的输出波形当顺时针旋转时，光电编码器的A相相位会比B相超前半个周期；反之，A相会比B 相滞后半个周期。
通过检测A、B两相的相位就可以判断旋钮是顺时针还是逆时针旋转，通过记录A或B相变化的次数，就可以得出旋钮旋转的次数，通过检测2、3脚是否接通就可以判断旋钮是否按下。
其具体的鉴相规则如下：①A为上升沿，B＝0时，旋钮右旋；②B为上升沿，A＝1时，旋钮右旋；③A为下降沿，B＝1时，旋钮右旋；④B为下降沿，A＝0时，旋钮右旋；⑤B为上升沿，A＝0时，旋钮左旋；⑥A为上升沿，B＝1时，旋钮左旋；⑦B为下降沿，A＝1时，旋钮左旋；⑧A为下降沿，B＝0时，旋钮左旋。
通过上述方法，可以很简单地判断旋钮的旋转方向。
在判断时添加适当的延时程序，以消除抖动干扰。
2 WinCE提供的驱动模型WinCE操作系统支持两种类型的驱动程序。
一种为本地驱动程序，是把设备驱动程序作为独立的任务实现的，直接在顶层任务中实现硬件操作，因此都有明确和专一的目的。
本地设备驱动程序适合于那些集成到Windows CE平台的设备，诸如键盘、触摸屏、音频等设备。
另一种是具有定制接口的流接口驱动程序。
它是一般类型的设备驱动程序。
流接口驱动程序的形式为用户一级的动态链接库（DLL）文件，用来实现一组固定的函数称为“流接口函数”，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。
光电编码器原理
光电编码器原理及应用电路1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
目前国内已有16位的绝对编码器产品。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。
绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
光电传感器3-光电编码器
•
增量式码盘输出信号为一串脉冲，每一 个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数 N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N。 • 如： ＝0.352，脉冲N＝1000，则： • ＝ 0.352×1000＝ 352
2 增量式光电编码器
测量精度取决于它所能分辨的最小角度，这 与码盘圆周上的狭缝条纹数 n 有关，即最小能分 辨的角度及分辨率为：
反射式
1 光电编码器的分类
可辨向的增量 式编码器 辨别方向 不可辨向的脉 冲发生器 增量式 有零位信号 2．信号性质 零位信号 无零位信号 绝对式 — 绝对式编码器
1 光电编码器的分类
信号航空插头
光电编码器外形图
1 光电编码器的分类
拉线式角编 码器利用线轮， 能将直线运动转 换成旋转运动。
1 光电编码器的分类
绝对式光电编码器的结构示意图
1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝；5－光电元件
3 绝对式光电编码器
绝对式光电编码器测量精度取决于它所能分
辨的最小角度，这与码盘上的码道数 n 有关，即 最小能分辨的角度及分辨率为：
360 分辨力 n 2 1 n 分辨率 2
• 为了避免位置不分明而引起的粗大误差，可采用 格雷码（Groy code）图案的编码盘。
光电编码器转速测量动画演示
4 光电编码器的应用
应用方面：
•转速测量 •转子磁极位置测量 •角位移测量
结构示意图
2 增量式光电编码器
增量式编码器原理动画演示
2 增量式光电编码器
Hale Waihona Puke 光栏板上的两个狭 缝距离是码盘上的两个 狭缝距离的（m +1/4）
倍，m 为正整数，并设
置了两组光敏元件A、B， 又称为sin、cos元件。 在前图的码盘里圈，还有一个狭缝C，每转 能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号” 或零标志脉冲，作为测量的起始基准。
智能传感器技术之光电编码器课件
智能化与集成化
智能传感器技术将与光电编码器进一步融合，实现编码器的智能化 和集成化，提高其自适应和自我诊断能力。
无线连接与远程监控
通过无线通信技术，光电编码器将能够实现远程监控和数据传输， 提高设备管理和维护的便捷性。
光电转换原理的核心在于光敏元件的响应特性，即在不同光照条件下，光敏元件 能够产生相应的电信号。
信号处理原理
信号处理原理是指对获取的原始电信号进行处理，以提取出 所需的信息。在光电编码器中，信号处理电路负责对光电转 换电路输出的电信号进行处理。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、整形电路等，用于 对原始电信号进行放大、滤波和整形，以便后续的解码和计 数。
工作原理
光电编码器主要由光源、光敏元件、光电码盘和信号处理电路组成。当码盘转 动时，光敏元件接收到的光线会发生变化，从而产生电信号，经过信号处理电 路处理后输出相应的数字或脉冲信号。
光电编码器的分类与特点
分类
根据码盘的不同，光电编码器可分为 绝对式和增量式两种。绝对式编码器 具有唯一对应的输出码，而增量式编 码器则输出脉冲信号。
CHAPTER 03
光电编码器的性能指标
分辨率与精度
分辨率
光电编码器能够检测到的最小角度变 化量，通常以度（°）或弧度（rad） 为单位。分辨率越高，检测角度变化 的能力越强。
精度
光电编码器实际测量的角度值与真实 角度值的偏差程度。精度越高，测量 结果越准确。
工作环境要求
工作温度
光电编码器正常工作的环 境温度范围，通常为20°C至70°C。
采用屏蔽电缆、远离干扰源等措施，减少信 号干扰。
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光电编码器电路图
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EPC－755A光电编码器
具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。
因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器
，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。
图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。
当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D触发器输出Q(波形W1)为高电平，Q(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器
74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。
当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q(波形W1)为低电平，Q(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。
汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，
先对其进行复位(CLR信号)，再将其初值设为800H，即2048(LD信号)；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～2948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～1148；计数电路的数据输出D0～D11送至数据处理电路。
实际使用时，方向盘频繁地进行顺时针和逆时针转动，由于存在量化误差，工作较长一段时间后，方向盘回中时计数电路输出可能不是2048，而是有几个字的偏差；为解决这一问题，我们增加了一个方向盘回中检测电路，系统工作后，数据处理电路在模拟器处于非操作状态时，系统检测回中检测电路，若方向盘处于回中状态，而计数电路的数据输出不是2048，可对计数电路进行复位，并重新设置初值。
2.2 光电编码器在重力测量仪中的应用
采用旋转式光电编码器，把它的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。
重力测量仪中补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量；旋转式光电编码器分两种，绝对编码器和增量编码器。
增量编码器是以脉冲形式输出的传感器，其码盘比绝对编码器码盘要简单得多且分辨率更高。
一般只需要三条码道，这里的码道实际上已不具有绝对编码器码道的意义，而是产生计数脉冲。
它的码盘的外道和中间道有数目相同均匀分布的透光和不透光的扇形区（光栅），但是两道扇区相互错开半个区。
当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲信号以及只有一条透光狭缝的第三码道所产生的脉冲信号（它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号）。
从A，B两个输出信号的相位关系（超前或滞后）可判断旋转的方向。
由图3（a）可见，当码盘正转时，A道脉冲波形比B道超前π/2，而反转时，A道脉冲比B道滞后π/2。
图3（b）是一实际电路，用A道整形波的下沿触发单稳态产生的正脉冲与B道整形波相‘与’，当码盘正转时只有正向口脉冲输出，反之，只有逆向口脉冲输出。
因此，增量编码器是根据输出脉冲源和脉冲计数来确定码盘的转动方向和相对角位移量。
通常，若编码器有N个（码道）输出信号，其相位差为π/ N，可计数脉冲为2N倍光栅数，现在N=2。
图3电路的缺点是有时会产生误记脉冲造成误差，这种情况出现在当某一道信号处于‘高’或‘低’电平状态，而另一道信号正处于‘高’和‘低’之间的往返变化状态，此时码盘虽然未产生位移，但是会产生单方向的输出脉冲。
例如，码盘发生抖动或手动对准位置时（下面可以看到，在重力仪测量时就会有这种情况）。
图4是一个既能防止误脉冲又能提高分辨率的四倍频细分电路。
在这里，采用了有记忆功能的D型触发器和时钟发生电路。
由图4可见，每一道有两个D触发器串接，这样，在时钟脉冲的间隔中，两个Q 端（如对应B道的74LS175的第2、7引脚）保持前两个时钟期的输入状态，若两者相同，则表示时钟间隔中无变化；否则，可以根据两者关系判断出它的变化方向，从而产生‘正向’或‘反向’输出脉冲。
当某道由于振动在‘高’、‘低’间往复变化时，将交替产生‘正向’和‘反向’脉冲，这在对两个计数器取代数和时就可消除它们的影响（下面仪器的读数也将涉及这点）。
由此可见，时钟发生器的频率应大于振动频率的可能最大值。
由图4还可看出，在原一个脉冲信号的周期内，得到了四个计数脉冲。
例如，原每圈脉冲数为1000的编码器可产生4倍频的脉冲数是4000个，其分辨率为0.09°。
实际上，目前这类传感器产品都将光敏元件输出信号的放大整形等电路与传感检测元件封装在一起，所以只要加上细分与计数电路就可以组成一个角位移测量系统(74159是4-16译码器)。