来源：新浪

    引言

    小区域坐标测量技术有着重要的工程应用价值，坐标传感器是这一领域的关键部件，采用光电元件设计是因为以其高精度、高分辨率、大动态范围，利用光敏元件上的光电流随光强变动而变化这一现象实现几何增量，设计成光电传感器，可广泛地应用于静态测量、动态测量及自动化控制等领域。为了满足实际工程的需要，小区域坐标测量技术正逐步受到重视，但是目前关于传感器应用的文献中，对此方面论述的不多。本文就传感器的工作原理、电路设计、及其应用和检测信息的处理方法进行了论述。

    1、光电传感器工作原理

    光电传感器的基本转换原理是将被测量参数转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件转换成电信号的输出。常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。如果在该点有障

    碍物，光就照不到光敏二极管上，电路处于偏置状态，pn结截止，反向电流很小。当没有障碍物遮挡时，光照到光敏二极管上时，pn结附近产生电子——空穴对，并在外.电场和内电场的共同作用下，漂移过pn结，产生光电流。此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。

    具体方法是在光源侧使用发光二极管，在受光侧使用光敏二极管，并将信号处理电路集成制作在一块芯片上。它的特点是体积小，可靠性高，工作电源电压范围宽，接口电路的复杂程度大幅度减少，可直接与ttl，lsttl和cmls电路芯片连接。

    2、光电传感器测量位移和方向的工作原理

    2.1传感器的结构设计

    如果将被测旋转圆盘置于光电断续器的发光与受光侧之间，圆盘上有许多狭缝，圆盘旋转，光源发出的光间隔地被狭缝遮挡，受光侧得到断续的强光和弱光信号。如图1所示，若旋转圆盘没有旋转，光路检测的光束没有被遮挡，测量电路中，x光敏二极管上输出电压波形，y光敏二极管上的输出电压波形是相同的，相位是相差π/2的。若圆盘旋转，双输出型的输出电压波形如图2所示，（仅画出q1的时序图，q2的时序图道理一样）圆盘转动方向若向左，q2输出电压相位落后被屏蔽；反之，圆盘向右旋转，q1输出电压相位超落后被屏蔽。因此，两个输出电压的相位关系反映圆盘的旋转方向，圆盘的位移可以通过q1，q2输出脉冲个数的代数和得到。

    图1

    图2

    2.2传感器的电路设计

    x光敏二极管与y光敏二极管在相位上相差π/2，所以它们在光电元件上取得的信号必是相差π/2。当圆盘作正向转动时，x信号超前y信号。因为电路比较复杂，采用美国lattice半导体公司推出的ispexpxrt软件对cpld器件进行硬件编程，如图3所示电路图是基于cpld设计的。或门c1产生的信号作为d锁存器q1的置位端只许x产生的正脉冲通过，而d锁存器q2因为c1作用时y信号尚在低电平，信号被屏蔽，q2输出低电平，门电路在加减计数器中作加法运算。当圆盘作反方向转动时，则y产生的负值信号超前x产生的信号，或门c1产生的信号作为d锁存器q2的置位端只让y产生的负脉冲通过，而d锁存器q1因为c1作用时x信号尚在低电平，信号被屏蔽，q1输出低电平，门电路在可逆计数器中作减法运算。这样就完成了辨向过程。out0是输出，out1是进位，z是控制端输入。工作原理图如图4所示。

    图3

    图4

    3、光电式坐标