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    引言

    小區(qū)域坐標測量技術(shù)有著重要的工程應用價值，坐標傳感器是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，采用光電元件設(shè)計是因為以其高精度、高分辨率、大動態(tài)范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強變動而變化這一現(xiàn)象實現(xiàn)幾何增量，設(shè)計成光電傳感器，可廣泛地應用于靜態(tài)測量、動態(tài)測量及自動化控制等領(lǐng)域。為了滿足實際工程的需要，小區(qū)域坐標測量技術(shù)正逐步受到重視，但是目前關(guān)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(shè)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(zhuǎn)換原理是將被測量參數(shù)轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉(zhuǎn)換成電信號的輸出。常用的光電傳感器是采用發(fā)光二極管作為光源，光源經(jīng)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(tài)，pn結(jié)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(jié)附近產(chǎn)生電子——空穴對，并在外.電場和內(nèi)電場的共同作用下，漂移過pn結(jié)，產(chǎn)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(tài)。

    具體方法是在光源側(cè)使用發(fā)光二極管，在受光側(cè)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(jié)構(gòu)設(shè)計

    如果將被測旋轉(zhuǎn)圓盤置于光電斷續(xù)器的發(fā)光與受光側(cè)之間，圓盤上有許多狹縫，圓盤旋轉(zhuǎn)，光源發(fā)出的光間隔地被狹縫遮擋，受光側(cè)得到斷續(xù)的強光和弱光信號。如圖1所示，若旋轉(zhuǎn)圓盤沒有旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(guān)系反映圓盤的旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的位移可以通過q1，q2輸出脈沖個數(shù)的代數(shù)和得到。

    圖1

    圖2

    2.2傳感器的電路設(shè)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(zhuǎn)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(shè)計的�；蜷Tc1產(chǎn)生的信號作為d鎖存器q1的置位端只許x產(chǎn)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(shù)器中作加法運算。當圓盤作反方向轉(zhuǎn)動時，則y產(chǎn)生的負值信號超前x產(chǎn)生的信號，或門c1產(chǎn)生的信號作為d鎖存器q2的置位端只讓y產(chǎn)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(shù)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