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    引言

    小區域坐標測量技術有著重要的工程應用價值，坐標傳感器是這一領域的關鍵部件，采用光電元件設計是因為以其高精度、高分辨率、大動態范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強變動而變化這一現象實現幾何增量，設計成光電傳感器，可廣泛地應用于靜態測量、動態測量及自動化控制等領域。為了滿足實際工程的需要，小區域坐標測量技術正逐步受到重視，但是目前關于傳感器應用的文獻中，對此方面論述的不多。本文就傳感器的工作原理、電路設計、及其應用和檢測信息的處理方法進行了論述。

    1、光電傳感器工作原理

    光電傳感器的基本轉換原理是將被測量參數轉換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉換成電信號的輸出。常用的光電傳感器是采用發光二極管作為光源，光源經過透鏡聚焦于空間某一點。如果在該點有障

    礙物，光就照不到光敏二極管上，電路處于偏置狀態，pn結截止，反向電流很小。當沒有障礙物遮擋時，光照到光敏二極管上時，pn結附近產生電子——空穴對，并在外.電場和內電場的共同作用下，漂移過pn結，產生光電流。此時，光電流與光照強度成正比，光敏二極管處于導通狀態。

    具體方法是在光源側使用發光二極管，在受光側使用光敏二極管，并將信號處理電路集成制作在一塊芯片上。它的特點是體積小，可靠性高，工作電源電壓范圍寬，接口電路的復雜程度大幅度減少，可直接與ttl，lsttl和cmls電路芯片連接。

    2、光電傳感器測量位移和方向的工作原理

    2.1傳感器的結構設計

    如果將被測旋轉圓盤置于光電斷續器的發光與受光側之間，圓盤上有許多狹縫，圓盤旋轉，光源發出的光間隔地被狹縫遮擋，受光側得到斷續的強光和弱光信號。如圖1所示，若旋轉圓盤沒有旋轉，光路檢測的光束沒有被遮擋，測量電路中，x光敏二極管上輸出電壓波形，y光敏二極管上的輸出電壓波形是相同的，相位是相差π/2的。若圓盤旋轉，雙輸出型的輸出電壓波形如圖2所示，（僅畫出q1的時序圖，q2的時序圖道理一樣）圓盤轉動方向若向左，q2輸出電壓相位落后被屏蔽；反之，圓盤向右旋轉，q1輸出電壓相位超落后被屏蔽。因此，兩個輸出電壓的相位關系反映圓盤的旋轉方向，圓盤的位移可以通過q1，q2輸出脈沖個數的代數和得到。

    圖1

    圖2

    2.2傳感器的電路設計

    x光敏二極管與y光敏二極管在相位上相差π/2，所以它們在光電元件上取得的信號必是相差π/2。當圓盤作正向轉動時，x信號超前y信號。因為電路比較復雜，采用美國lattice半導體公司推出的ispexpxrt軟件對cpld器件進行硬件編程，如圖3所示電路圖是基于cpld設計的。或門c1產生的信號作為d鎖存器q1的置位端只許x產生的正脈沖通過，而d鎖存器q2因為c1作用時y信號尚在低電平，信號被屏蔽，q2輸出低電平，門電路在加減計數器中作加法運算。當圓盤作反方向轉動時，則y產生的負值信號超前x產生的信號，或門c1產生的信號作為d鎖存器q2的置位端只讓y產生的負脈沖通過，而d鎖存器q1因為c1作用時x信號尚在低電平，信號被屏蔽，q1輸出低電平，門電路在可逆計數器中作減法運算。這樣就完成了辨向過程。out0是輸出，out1是進位，z是控制端輸入。工作原理圖如圖4所示。

    圖3

    圖4

    3、光電式坐標