光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號(hào)。

　　光電編碼器(Optical Encoder)俗稱(chēng)“單鍵飛梭”，其外觀好像一個(gè)電位器，因其外部有一個(gè)可以左右旋轉(zhuǎn)同時(shí)又可按下的旋鈕，很多設(shè)備(如顯示器、示波器等)用它作為人機(jī)交互接口。

光電編碼器原理

　　光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換,將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器.

　　常見(jiàn)的光電編碼器由光柵盤(pán),發(fā)光元件和光敏元件組成.光柵實(shí)際上是一個(gè)刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤(pán),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(jīng)整形后,變?yōu)槊}沖信號(hào),沒(méi)轉(zhuǎn)一圈,輸出一個(gè)脈沖.根據(jù)脈沖的變化,可以精確測(cè)量和控制設(shè)備位移量

光電編碼器的應(yīng)用電路

　　EPC－755A光電編碼器的應(yīng)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(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被丈量的數(shù)字信號(hào)。因此，我們?cè)谘兄破?chē)駕駛模擬器時(shí)，對(duì)方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)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(kāi)路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到汽車(chē)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門(mén)組成，計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。

　　當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°，D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為高電平，Q(波形W2)為低電平，上面與非門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W3)，送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的加脈沖輸進(jìn)端CU，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí)，下面與非門(mén)封閉，其輸出為高電平(波形W4)。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形比通道B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(mén)封閉，其輸出為高電平(波形W3)；此時(shí)，下面與非門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W4)，送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸進(jìn)端CD，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。

　　汽車(chē)方向盤(pán)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分辨率為360個(gè)脈沖/圈的編碼器，其最大輸出脈沖數(shù)為900個(gè)；實(shí)際使用的計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成，在系統(tǒng)上電初始化時(shí)，先對(duì)其進(jìn)行復(fù)位(CLR信號(hào))，再將其初值設(shè)為800H，即2048(LD信號(hào))；如此，當(dāng)方向盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～2948，當(dāng)方向盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～1148；計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0～D11送至數(shù)據(jù)處理電路。

　　實(shí)際使用時(shí)，方向盤(pán)頻繁地進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于存在量化誤差，工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后，方向盤(pán)回中時(shí)計(jì)數(shù)電路輸出可能不是2048，而是有幾個(gè)字的偏差；為解決這一題目，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)方向盤(pán)回中檢測(cè)電路，系統(tǒng)工作后，數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操縱狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)回中檢測(cè)電路，若方向盤(pán)處于回中狀態(tài)，而計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048，可對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行復(fù)位，并重新設(shè)置初值。

　　光電編碼器在重力丈量?jī)x中的應(yīng)用

　　采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，把它的轉(zhuǎn)軸與重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連。重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號(hào)量；旋轉(zhuǎn)式光電編碼器分兩種，盡對(duì)編碼器和增量編碼器。

　　增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤(pán)比盡對(duì)編碼器碼盤(pán)要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實(shí)際上已不具有盡對(duì)編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。它的碼盤(pán)的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出信號(hào)是相位差為90°的A相和B相脈沖信號(hào)以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)（它作為碼盤(pán)的基準(zhǔn)位置，給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位信號(hào)）。從A，B兩個(gè)輸出信號(hào)的相位關(guān)系（超前或滯后）可判定旋轉(zhuǎn)的方向。由圖3（a）可見(jiàn)，當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖波形比B道超前π/2，而反轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖比B道滯后π/2。圖3（b）是一實(shí)際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相‘與’，當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計(jì)數(shù)來(lái)確定碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)角位移量。通常，若編碼器有N個(gè)（碼道）輸出信號(hào)，其相位差為π/ N，可計(jì)數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，現(xiàn)在N=2。圖3電路的缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差，這種情況出現(xiàn)在當(dāng)某一道信號(hào)處于‘高’或‘低’電平狀態(tài)，而另一道信號(hào)正處于‘高’和 ‘低’之間的往返變化狀態(tài)，此時(shí)碼盤(pán)固然未產(chǎn)生位移，但是會(huì)產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如，碼盤(pán)發(fā)生抖動(dòng)或手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)（下面可以看到，在重力儀丈量時(shí)就會(huì)有這種情況）。