光電編碼器簡介
光電編碼器(Optical Encoder)俗稱「單鍵飛梭」，其外觀好像一個電位器，因其外部有一個可以左右旋轉同時又可按下的旋鈕，很多設備(如顯示器、示波器等)用它作為人機互動接口。
光電編碼器原理
光電編碼器是利用光柵衍射原理實現位移-數字變換,通過光電轉換,將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝數字量的傳感器.
常見的光電編碼器由光柵盤,發光元件和光敏元件組成.光柵實際上是一個刻有規則透光和不透光線條的圓盤,光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化,光敏元件輸出波形經整形後,變為脈衝信號,沒轉一圈,輸出一個脈衝.根據脈衝的變化,可以精確測量和控制設備位移量
光電編碼器的應用電路
EPC-755A光電編碼器的應用
EPC-755A光電編碼用具備良好的使用性能，在角度丈量、位移丈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丈量的數位訊號。因此，我們在研製汽車駕駛模擬器時，對方向盤旋轉角度的丈量選用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。
當光電編碼器順時針旋轉時，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°，D觸發器輸出Q(波形W1)為高電平，Q(波形W2)為低電平，上面與非門打開，計數脈衝通過(波形W3)，送至雙向計數器74LS193的加脈衝輸進端CU，進行加法計數;此時，下面與非門封閉，其輸出為高電平(波形W4)。當光電編碼器逆時針旋轉時，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°，D觸發器輸出Q(波形W1)為低電平，Q(波形W2)為高電平，上面與非門封閉，其輸出為高電平(波形W3);此時，下面與非門打開，計數脈衝通過(波形W4)，送至雙向計數器74LS193的減脈衝輸進端CD，進行減法計數。
汽車方向盤順時針和逆時針旋轉時，其最大旋轉角度均為兩圈半，選用解析度為360個脈衝/圈的編碼器，其最大輸出脈衝數為900個;實際使用的計數電路用3片74LS193組成，在系統上電初始化時，先對其進行復位(CLR信號)，再將其初值設為800H，即2048(LD信號);如此，當方向盤順時針旋轉時，計數電路的輸出範圍為2048～2948，當方向盤逆時針旋轉時，計數電路的輸出範圍為2048～1148;計數電路的數據輸出D0～D11送至數據處理電路。
實際使用時，方向盤頻繁地進行順時針和逆時針轉動，由於存在量化誤差，工作較長一段時間後，方向盤迴中時計數電路輸出可能不是2048，而是有幾個字的偏差;為解決這一題目，我們增加了一個方向盤迴中檢測電路，系統工作後，數據處理電路在模擬器處於非操縱狀態時，系統檢測回中檢測電路，若方向盤處於回中狀態，而計數電路的數據輸出不是2048，可對計數電路進行復位，並重新設置初值。
光電編碼器在重力丈量儀中的應用
採用旋轉式光電編碼器，把它的轉軸與重力丈量儀中補償旋鈕軸相連。重力丈量儀中補償旋鈕的角位移量轉化為某種電信號量;旋轉式光電編碼器分兩種，盡對編碼器和增量編碼器。
增量編碼器是以脈衝形式輸出的傳感器，其碼盤比盡對編碼器碼盤要簡單得多且解析度更高。一般只需要三條碼道，這裡的碼道實際上已不具有盡對編碼器碼道的意義，而是產生計數脈衝。它的碼盤的外道和中間道有數目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(光柵)，但是兩道扇區相互錯開半個區。當碼盤轉動時，它的輸出信號是相位差為90°的A相和B相脈衝信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產生的脈衝信號(它作為碼盤的基準位置，給計數系統提供一個初始的零位信號)。從A，B兩個輸出信號的相位關係(超前或滯後)可判定旋轉的方向。由圖3(a)可見，當碼盤正轉時，A道脈衝波形比B道超前π/2，而反轉時，A道脈衝比B道滯後π/2。圖3(b)是一實際電路，用A道整形波的下沿觸發單穩態產生的正脈衝與B道整形波相『與』，當碼盤正轉時只有正向口脈衝輸出，反之，只有逆向口脈衝輸出。因此，增量編碼器是根據輸出脈衝源和脈衝計數來確定碼盤的轉動方向和相對角位移量。通常，若編碼器有N個(碼道)輸出信號，其相位差為π/ N，可計數脈衝為2N倍光柵數，現在N=2。圖3電路的缺點是有時會產生誤記脈衝造成誤差，這種情況出現在當某一道信號處於『高』或『低』電平狀態，而另一道信號正處於『高』和 『低』之間的往返變化狀態，此時碼盤固然未產生位移，但是會產生單方向的輸出脈衝。