【正文】 3 21 6 光電式編碼器主要由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的編碼圓盤（碼盤）、 窄縫以及安裝在圓盤兩邊的光源和光敏元件等組成。碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道， 每位碼道上都有按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。 光電編碼器 編碼器碼盤按其所用碼制可分為 二進(jìn) 制碼 、 十進(jìn)制碼 、 循環(huán)碼等 。 對(duì)于 6位二進(jìn)制碼盤 ， 最內(nèi)圈碼盤一半透光 ， 一半不透光 ，最外圈一共分成 26=64個(gè)黑白間隔 。 每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)于不同的編碼 。 例如零位對(duì)應(yīng)于 000000（ 全黑 ） ；第 23個(gè)方位對(duì)應(yīng)于 010111。 這樣在測(cè)量時(shí) ， 只要根據(jù)碼盤的起始和終止位置 ， 就可以確定角位移 ， 而與轉(zhuǎn)動(dòng)的中間過(guò)程無(wú)關(guān) 。 一個(gè) n位二進(jìn)制 碼盤的最 小分辨率 ， 即能 分 辨的角度 為α=360176。 /2n， 一個(gè) 6位二進(jìn)制碼盤 ， 其最小分辨的角度α≈176。 。 4 80B1B63 21 6 光電編碼器 采用二進(jìn)制編碼器時(shí) ， 任何微小 的制作誤差 ， 都可能造成讀數(shù)的粗誤 差 。 這主要是因?yàn)?二進(jìn)制碼當(dāng)某一 較高的數(shù)碼改變時(shí) ， 所有比它低的各位數(shù)碼均需同時(shí)改變 。 例如： 0001—— 0010， 0011—— 0100， 0111—— 1000 為了消除粗誤差 ， 可用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼 。 循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼 ， 從任何數(shù)變到相鄰數(shù)時(shí) ， 僅有一位數(shù)碼發(fā)生變化 。 如果任一碼道刻劃有誤差 ， 只要誤差不太大 ， 且只可能有一個(gè)碼道出現(xiàn)讀數(shù)誤差 ， 產(chǎn)生的誤差最多等于最低位的一個(gè)比特 。 對(duì)于 n位循環(huán)碼碼盤 ， 與二進(jìn)制碼一樣 ， 具有 2n種不同編碼 ， 最小分辨率α=360176。 /2n。 光電編碼器 光電編碼器 光電編碼器 1 ( 0 1 )nni i iCBC B B i n?? ??? ? ? ??0 1 1 00 1 10 1 0 1?二 進(jìn) 制 碼 ：　 　 　 循 環(huán) 碼 ：　1 ( 0 1 )nni i iBCB C B i n?? ??? ? ? ??0 1 1 00 1 00 1 0 0? 循 環(huán) 碼 ：　 　 　 二 進(jìn) 制 碼 ：碼制轉(zhuǎn)換 光電編碼器 光電編碼器 為什么叫絕對(duì)值編碼器？ 若被測(cè)轉(zhuǎn)角不超過(guò) 360o，編碼器輸出是轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值，停電回復(fù)后仍顯示當(dāng)時(shí)的角度，故稱為絕對(duì)型角度編碼器。 若被測(cè)轉(zhuǎn)角超過(guò) 360o，則可以使用兩個(gè)或多個(gè)碼盤與機(jī)械減速裝置配合，擴(kuò)大角量程。 光電編碼器的應(yīng)用 ? 除了測(cè)量角位移，還可通過(guò)脈沖測(cè)量轉(zhuǎn)速。 f為脈沖頻率： 每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 N個(gè)脈沖，在 T 時(shí)間內(nèi)測(cè)得 m個(gè)脈沖，則轉(zhuǎn)速為： 60 60 ( r / m in)fmnN NT??每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 N個(gè)脈沖，測(cè)得兩相鄰脈沖間包含 m2個(gè)時(shí)鐘脈沖，時(shí)鐘周期為 Tc，則轉(zhuǎn)速為： 260() N m T? 光電編碼器 光電編碼器產(chǎn)品 光電編碼器 脈沖盤式編碼器 脈沖盤式編碼器的輸出是一系列脈沖，需要一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)對(duì)脈沖進(jìn)行加減 (正向或反向旋轉(zhuǎn)時(shí) )累計(jì)計(jì)數(shù)，一般還需要一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)即零位基準(zhǔn)，才能完成角位移測(cè)量。 轉(zhuǎn) 軸發(fā) 光二 極 管光欄板零 位光 敏元 件碼 盤電 源及 信號(hào) 線連 接座 光電編碼器 為了辨別碼盤旋轉(zhuǎn)方向，可以采用如圖所示的電路利用A、 B兩相脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。光電元件 A、 B輸出信號(hào)經(jīng)放大整形后，產(chǎn)生 P1和 P2脈沖。將它們分別接到 D觸發(fā)器的 D端和 CP端 ,D觸發(fā)器脈沖的上升沿觸發(fā)。 旋轉(zhuǎn)方向的判別 檢測(cè)技術(shù) 本章小結(jié) 光電效應(yīng)與光電器件； CCD固體圖像傳感器的基本原理與應(yīng)用； 光纖傳感器的基本原理與應(yīng)用； 光電編碼盤的基本原理與應(yīng)用； 第 9章 光電式傳感器 一、單項(xiàng)選擇題 下列光電器件是根據(jù)外光電效應(yīng)做出的是（ ）。 A. 光電管 B. 光電池 C. 光敏電阻 D. 光敏二極管 當(dāng)光電管的陽(yáng)極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系稱為光電管的（ ）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光譜特性 D. 頻率特性 下列光電器件是基于光導(dǎo)效應(yīng)的是（ ）。 A. 光電管 B. 光電池 C. 光敏電阻 D. 光敏二極管 A B 習(xí) 題 C 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 光敏電阻的相對(duì)靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為（ ）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光譜特性 D. 頻率特性 下列關(guān)于光敏二極管和光敏三極管的對(duì)比不正確的是（ ）。 A. 光敏二極管的光電流很小，光敏三極管的光電流則較大 B. 光敏二極管與光敏三極管的暗點(diǎn)流相差不大 C. 工作頻率較高時(shí)，應(yīng)選用光敏二極管；工作頻率較低時(shí)，應(yīng)選用光敏三極管 D. 光敏二極管的線性特性較差，而光敏三極管有很好的線性特性 C D 習(xí) 題 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 光敏電阻的特性是（ ） A．有光照時(shí)亮電阻很大 B．無(wú)光照時(shí)暗電阻很小 C．無(wú)光照時(shí)暗電流很大 D．受一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)亮電流很大 基于光生伏特效應(yīng)工作的光電器件是（ ） A．光電管 C．光電池 CCD以（ ）為信號(hào) A. 電壓 C．電荷 構(gòu)成 CCD的基本單元是（ ） A. P型硅 C. 光電二極管 D C 習(xí) 題 C 檢測(cè)技術(shù) D 第 9章 光電式傳感器 光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和 ( )兩個(gè)重要部件。 1 利用外界因素對(duì)于光纖中光波相位的變化來(lái)探測(cè)各種物理量的傳感器，稱為 ( )。 1 利用光纖本身的某種敏感特性或功能制作的傳感器稱為 ( )。 型傳感器 D D 習(xí) 題 B 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 1 光纖僅起傳輸光波的作用，必須在光纖中間或端面加裝其他敏感元件才能構(gòu)成傳感器，稱為 ( )。 1 光纖是用 ( )作為主要原料的一種透明度很高的介質(zhì)材料，廣泛用于通信和傳感器。 1 數(shù)值孔徑 NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，以下說(shuō)法不正確的是（ ） A．?dāng)?shù)值孔徑反映了光纖的集光能力 B．光纖的數(shù)值孔徑與其幾何尺寸有關(guān) C．?dāng)?shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易 D．?dāng)?shù)值孔徑越大，光信號(hào)的畸變也越大 C B 習(xí) 題 B 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 二、多項(xiàng)選擇題 光纖傳感器用的光纖主要有兩種：（ ） 光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)，包括以下哪幾種？（ ） 光纖傳感器中常用的光探測(cè)器有以下哪幾種？（ ） 光器 AB ABCD 習(xí) 題 ABC 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 三、填空題 光電式傳感器由 及 兩大部分組成。 光敏電阻 與 之差稱為光電流。 光電池與光敏二極管、光敏三極管都是 PN界，主要區(qū)別在于后者的 PN結(jié) 。 CCD的突出特點(diǎn)是以 作為信號(hào)。 光纖工作的基礎(chǔ)是 。 光纖傳感器技術(shù)是本世紀(jì) 70年代末發(fā)展起來(lái)的一門嶄新的技術(shù) ， 光纖傳感器技術(shù)是隨著 和 的發(fā)展而形成的 。 按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為 、紅外熱釋傳感器、固體圖像傳感器和 。 習(xí) 題 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 光路 電路 亮電流 暗電流 處于反向偏置 電荷 光的全反射 光導(dǎo)纖維 光通信技術(shù) 光電效應(yīng)傳感器 光纖傳感器 三、填空題 按照測(cè)量光路組成來(lái)看，光電式傳感器可以分為 、 、輻射式和開關(guān)式光電傳感器。 光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的 效應(yīng) ,這類元件有 ；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的 效應(yīng)，這類元件有 ；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表 。 習(xí) 題 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器 透射式 反射式 外光電 光電管、光電倍增管 內(nèi)光電 光敏電阻 習(xí) 題 三、簡(jiǎn)答題 什么是光電式傳感器？光電式傳感器的基本工作原理是什么？ 什么是全反射？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？ 光電器件有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？ 簡(jiǎn)述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？ 簡(jiǎn)述光纖傳感器的組成和工作原理。 什么是光電效應(yīng) ? 什么是光電效應(yīng)和光電器件？常用的光電器件有哪幾大類？試解釋這幾類光電器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。 檢測(cè)技術(shù) 第 9章 光電式傳感器