光電編碼器原理及應用實例介紹

2020-11-24 電子產品世界

1.光電編碼器原理

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/168208.htm

根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

1.1增量式編碼器
增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈衝A、B和Z相；A、B兩組脈衝相位差90海傭煞獎愕嘏卸銑魴較潁Z相為每轉一個脈衝，用於基準點定位。它的優點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗幹擾能力強，可靠性高，適合於長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息。

1.2絕對式編碼器
絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關係，碼盤上的碼道數就是它的二進位數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處於不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進位數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，解析度就越高，對於一個具有 N位二進位解析度的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。

絕對式編碼器是利用自然二進位或循環二進位（葛萊碼）方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在於圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可採用二進位碼、循環碼、二進位補碼等。它的特點是：
1.2.1可以直接讀出角度坐標的絕對值；
1.2.2沒有累積誤差；
1.2.3電源切除後位置信息不會丟失。但是解析度是由二進位的位數來決定的，也就是說精度取決於位數，目前有10位、14位等多種。

1.3混合式絕對值編碼器
混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用於檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉換原理轉換成相應的電脈衝或數字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數位化等優點。它廣泛應用於數控工具機、迴轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。

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光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測量、位移測量時抗幹擾能力很強，並具有穩定可靠的輸出脈衝信號，且該脈衝信號經計數後可得到被測量的數位訊號。因此，我們在研製汽車駕駛模擬器時，對方向盤旋轉角度的測量選用EPC－755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出解析度選用360個脈衝/圈，考慮到汽車方向盤轉動是雙向的，既可順時針旋轉，也可逆時針旋轉，需要對編碼器的輸出信號鑑相後才能計數。圖2給出了光電編碼器實際使用的鑑相與雙向計數電路，鑑相電路用1個D觸發器和2個與非門組成，計數電路用3片74LS193組成。

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