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.。