光電編碼器信號(hào)傳輸?shù)墓饫w實(shí)現(xiàn)

3.增量式光電編碼器信號(hào)傳輸的光纖實(shí)現(xiàn)

增量式光電編碼器不具有計(jì)數(shù)和接口電路，價(jià)格較低，在實(shí)際工程中比較常用。

增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測(cè)光柵、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成。如圖4所示。碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期;檢測(cè)光柵上刻有A、B兩個(gè)與碼盤相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過(guò)光源、碼盤之間的光線，從而使光電探測(cè)器件檢測(cè)到光信號(hào)。A、B各自的透光縫隙和碼盤上的透光縫隙相等，但A、B兩組透光縫隙錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，使得光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差90°電角度。A、B兩相相差90°的正交方波脈沖串，代表被測(cè)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)了一定的角度，A、B之間的相位關(guān)系則反映了被測(cè)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，即當(dāng)A相超前B相90°，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎D(zhuǎn);當(dāng)B相超前A相90°，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榉崔D(zhuǎn);Z信號(hào)是一個(gè)代表零位的脈沖信號(hào)，可以用以調(diào)零、對(duì)位和重置計(jì)數(shù)器。

示意如圖5所示：

當(dāng)碼盤隨著被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光源、光欄板與檢測(cè)光柵均不動(dòng)，光線透過(guò)碼盤和檢測(cè)光柵上的透光縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差90°電角度的近似于正弦波的電信號(hào)，正弦波電信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器，可以得到方波信號(hào)。一般增量式編碼器的輸出方式有電壓輸出、互補(bǔ)輸出、集電極開(kāi)路輸出以及驅(qū)動(dòng)器輸出。各種傳輸方式的電路如圖6所示：

由于我方的某控制系統(tǒng)遠(yuǎn)離編碼器的安裝處，目前采用了驅(qū)動(dòng)器輸出方式，驅(qū)動(dòng)器輸出方式能提高信號(hào)的抗干擾能力，用與長(zhǎng)距離傳輸。A、B、Z三路脈沖信號(hào)分別輸入驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器反相后輸出相互正交的脈沖信號(hào)(脈沖幅度約3V左右)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，通過(guò)檢測(cè)脈沖數(shù)即可知道被測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。信號(hào)如圖7所示：

采用三路相互正交的脈沖信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，目的是為了提高信號(hào)的抗干擾能力。但是，一般編碼器的輸出信號(hào)均要求與強(qiáng)電分開(kāi)傳輸，而在我方具體的應(yīng)用系統(tǒng)中，單獨(dú)鋪設(shè)編碼器信號(hào)傳輸電路存在施工難度，而且增加了線路的復(fù)雜性。為此，考慮將編碼器輸出信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，采用塑料光纖進(jìn)行傳輸(塑料光纖作為工業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合，具有柔韌性高、不易磨損等特點(diǎn))。從而可以將光纖與強(qiáng)電纜在同一線槽中鋪設(shè)，提高信號(hào)傳輸抗干擾的同時(shí)，節(jié)省了步線空間并降低了綜合成本。針對(duì)輸出的A、B、Z三相脈沖信號(hào)，可以直接將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)(如圖8所示)，使光電編碼器的輸出方式統(tǒng)一規(guī)劃為光信號(hào)(電壓輸出、互補(bǔ)輸出、驅(qū)動(dòng)器輸出、集電極開(kāi)路輸出均可采用此種方法)，而在接收端通過(guò)光纖接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(如圖9所示)進(jìn)入相應(yīng)的處理電路，進(jìn)行計(jì)數(shù)等處理。

選用美國(guó)安華高科(Avago TECHNOLOGIES)公司的HFBR-1523Z,HFBR-2523Z光纖收發(fā)器( 6 6 0納米)。這組光纖收發(fā)器最高傳輸速率4 0 K B d,工作溫度范圍0℃~70℃，最大工作電流25mA,光纖采用Ф1塑料光纖。此處需明確波特率和比特率的區(qū)別。波特(baud)是指信號(hào)大小方向變化的一個(gè)波形，編碼器輸出波特率為1024ps,即每秒傳輸信號(hào)波形變化1024個(gè)。一個(gè)信號(hào)波形可以包含一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制位，例如單比特信號(hào)的傳輸速率為9600bit/s,則其波特率為9600baud,它意味著每秒可傳輸9600個(gè)二進(jìn)制脈沖。

如果信號(hào)波形由2個(gè)二進(jìn)制位組成，當(dāng)傳輸速率為9600bit/s時(shí)，則其波特率只有4800baud.實(shí)驗(yàn)中選擇光纖收發(fā)器的通信速率為40Kbps時(shí)，HFBR-1523Z(發(fā)射)，HFBR-2523Z(接收)光纖收發(fā)器可以滿足要求。圖10所示為從示波器上捕獲的波形。檢測(cè)發(fā)射器HFBR-1523Z的輸入DATE,波形如上面方波所示，經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)塑料光纖傳輸，在接受器HFBR-2523Z的1引腳上檢測(cè)到的一幀接收號(hào)波形(下面)，實(shí)現(xiàn)了編碼器脈沖信號(hào)的光纖傳輸。