光电编码器采集系统.docx

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1、光电编码器的数据采集系统一、光学系统的设计光电编码器的光学系统包括了照明系统，光电接收系统以及改变光路的透镜，狭缝等等，光学系统是光电编码器的重要部分，它所产生的光电信号时我们进行角度测量的原始信号，光学系统的好坏直接影响到编码器的精度和分辨率。设计和采用照度均匀、准直度高的发光源,以使编码器在保证精度的前提下具有很强的抗振性、宽工作温度范围、较长的使用寿命并能承受较高的轴向和径向力是光电编码器的关键技术之一。1、光源选择目前，光电编码器采用的光源基本上是红外发光二极管固态光源,它具有单色性和平行性、结构简单、可靠性高、成本低的特点。发光二极管(LED)辐射光束准直特性指标用半功率

2、辐射角(θ)表示,即当辐射功率为50%时的发光二极管光束角,简称为辐射角或光束角。实际上,发光二极管辐射光束是呈削锥的球扇形,θ表示光束偏离光轴的角度,θ值越小表示光源辐射光束与光轴的平行度越好。激光二极管(LaserDiode,LD)发出的光束虽然具有非常好的准直性,但是由于其光点面积小、波长选择性强、成本高以及寿命短等限制了其在编码器上的广泛应用,LD更难以适应重载环境的要求。光电接收系统是和照明系统相配合的，采用红外发光管作为照明元件时一般采用光电接收管作为光电接收系统，由于体积小，一般采用发光管和接收管一一对应的方式设计光学系统，因此作为红外发光管的配套接收系统，光电接收元

3、件的选择可以比较简单，基本上选择什么样的照明系统就决定了需要什么样的光电接收元件。这里提供三组方案：红外发光管波长（nm）光束角（度）功耗最大值（mw）外行上和光谱上适合匹配的接收器SEP85059351570SDP8405IR30194015803DU12TSAL440094025160SDP8405发光元件的选择要求是:1)提供均匀、稳定和足够光强的光源;2)光源的寿命要长，光效率要高，离散性要小;3)光谱特性要尽可能与接收元件相匹配等。由以上条件分析可知，霍尼维尔公司的SEP8505是最理想的，也是设计光电编码器中用的最多的。一、信号处理电路设计1、系统结构框图2、差动隔离整

4、形信号处理电路包括信号的隔离、放大整形电路等。由于光电编码器读数头输出为弱电流信号（一般为mv级），需经对地电阻(电位器P1)形成电压信号后经放大器转换成能被微处理器处理的TTL电平。放大器GBPAVd（V/MV）转换速度(v/μs)TLC0844MHZ20013最优LF3474MHZ10013其次LM124/224/3241.3MHZ1000.4还行由以上分析可知，四输入运算放大器TLC084是最理想的选择，所以信号放大装置选用运算放大器TL084作为放大电压放大元件，采用两级放大电路，每一级都采反向比例运算电路。所设计的电压放大倍数为3000倍左右。其中第一级放大倍数为30，第

5、二级放大倍数为100。放大后的电压变化范围为0～4.8V。TL084采用12V双电源供电，由于电源的供电电压在一定范围内有幅值上波动，形成干扰信号。为起到消除干扰，实现滤波作用，故供电电源两端需接10μF的电容接地，电容选择金属化聚丙乙烯膜电容。两级运放放大所采用的供电电源均采用此接法。当电阻取值过大时，一方面由于工艺等原因，电阻的稳定性差且噪声差；另一方面，当阻值与集成运放的输入电阻成等数量级时，所示的比例系数会发生较大变化，其值将不仅决定于反馈网络。使用阻值较小的电阻，达到较大的比例系数，这是实际应用的需要。所以选择的阻值的大小都较小，R5为10k，R8（第二级放大电路的输入电

6、阻）为5.1k。整形电路的主要作用是将正弦波信号转换为方波脉冲信号，此处选择具有四个独立的电压比较器LM339，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV;2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0-（UCC-1.5V）VO；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。电路：3、细分倍频光电码盘分为绝对式和增量式两种。绝对式码盘在任意位置都可给出与位置相对应的数字转角输出量，不存在四倍频的问题。增量式码盘是根据轴所转过的角度，输出一系列脉冲，并通过计数电路

7、，对脉冲进行累计计数，得到相对角位移。由于单个绝对码盘的角位移的测量范围仅为00~3600，需多个码盘才能测量大于3600的角位移，从而提高了系统的价格和复杂程度；而增量式码盘转角测量范围只受计数电路的位数限制，结构简单，价格较低，因此得到广泛应用。在实际应用中，通常采用四倍频的方法以提高光电码盘的定位精度。因此，结构简单、性能稳定、运行可靠的四倍频电路，是电机伺服电路的一个重要组成部分。通常，光电码盘的四倍频电路与判向电路设计为一个整体，故又统称为四倍频及判向电路。