CN107631740A - 一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器。其中,电路包括:发光元件、光栅板、受光元件以及电压调整电路,所述发光元件发送的光信号经过所述光栅板后照射到所述受光元件上,所述受光元件输出第一光电流;所述电压调整电路,用于根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。本发明提供的方案能够自动调节编码器的光亮值,保证编码器在使用过程中的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域,尤其涉及一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器。
背景技术
光电式编码器是由发光元件、受光元件、光栅板等一系列元器件组成的光学式装置,该光学式装置最初的模拟量原信号是由受光元件(例如,PD)通过对发光元件(例如,LED)的光亮度进行光电转换产生的,因此发光元件的亮度变化将直接影响编码器的信号输出。编码器在使用的过程中发光元件的亮度会受外界条件的影响和自身使用时间的长短而改变,因此怎样保证编码器发光元件的光亮度,影响着光电编码器的工作稳定性。目前光电编码器的发光元件只是单纯的靠阈值电流来进行开启与关断,当受外界条件的影响和随着使用时间的推移发光元件的亮度将会发生改变,使得光电编码器的工作稳定性受到影响。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷,尤其涉及一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器,以解决现有技术中由于发光元件的亮度变化对光电编码器稳定性产生的影响。
本发明一方面提供了一种编码器光电补偿电路,包括发光元件、光栅板、受光元件以及电压调整电路,所述发光元件发送的光信号经过所述光栅板后照射到所述受光元件上,所述受光元件输出第一光电流;所述电压调整电路,用于根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。
可选地,所述电压调整电路包括转换电路和开关元件,所述转换电路,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波;所述开关元件,在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。
可选地,所述转换电路包括第一运算放大器和第二运算放大器,所述第一运算放大器用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波,所述第二运算放大器用于将所述第三电压转换成为所述第二电压。
可选地,所述第一光电流与所述第三电压的关系为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
本发明又一方面提供了一种光电编码器,包括上述任一所述的一种编码器光电补偿电路。
本发明再一方面提供了一种编码器光电补偿方法,所述方法用于包括了发光元件、光栅板,受光元件的电路,所述发光元件发送的光信号经过所述光栅板后照射到所述受光元件上,所述受光元件输出第一光电流;还包括电压调整步骤,用于根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。
可选地,所述电压调整步骤包括转换步骤和开关步骤,所述转换步骤,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波;所述开关步骤,开关元件在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。
可选地,所述转换步骤包括第一转换步骤和第二转换步骤,所述第一转换步骤用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波,所述第二转换步骤用于将所述第三电压转换成为所述第二电压。
可选地,所述第一光电流与所述第三电压的关系为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
本发明的方案,相对于现有技术中的方案,能够自动调节编码器的光亮值,保证编码器在使用过程中的稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的结构示意图;
图2是本发明提供的电压调整电路的一实施例的结构示意图;
图3是本发明提供的转换电路的一实施例的结构示意图;
图4是本发明提供的光电编码器的一实施例的结构示意图;
图5是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的电路图;
图6是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的波形图;
图7是本发明提供的编码器光电补偿方法的一实施例的方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的结构示意图。
如图1所示,本发明提供的一种编码器光电补偿电路11,包括发光元件111、光栅板112、受光元件113以及电压调整电路114。
发光元件发送的光信号经过光栅板后照射到受光元件上,受光元件输出第一光电流。
发光元件,例如LED,发射的光经过光栅板后被受光元件,例如光电二极管(PD)接收,光电二极管将光信号转换为电信号。由于光栅板是明暗相间的均等条纹,因此受光元件输出的第一光电流成正弦性。
电压调整电路,用于根据第一光电流生成第一电压,第一电压作用在所述发光元件的两端。第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。
第一电压,为发光元件两端的电压(LED负载电压),其与第一光电流呈反比关系,当发光元件光量值降低时,第一光电流下降,电压调整电路自动调整第一电压,使得第一电压增加。当发光元件光量值增加时,第一光电流增加,电压调整电路自动调整第一电压,使得第一电压减小。通过电压调整电路的调整,发光元件的光亮值能够保持在一定的范围内,因此有效地提高编码器信号输出的可靠性。
图2是本发明提供的电压调整电路的一实施例的结构示意图。本发明一具体实施方式,结合其他实施方式的各个方面。
电压调整电路214包括转换电路2141和开关元件2142。
转换电路,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波。第一光电流是正弦波,第二电压为相同频率的方波。
所述开关元件,在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。开关元件,例如三极管,第二电压触发开关元件使得开关元件导通或断开,从而形成与第二电压相同频率,相同占空比的第一电压。第一电压是PWM波(脉冲宽度调制),其占空比可调。通过改变占空可以改变平均电压的大小,从而控制发光元件的亮度。
图3是本发明提供的转换电路的一实施例的结构示意图。本发明一具体实施方式,结合其他实施方式的各个方面。
转换电路2141包括第一运算放大器21411和第二运算放大器21412。第一运算放大器用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波。
例如,第一光电流与第三电压的关系可以为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
第二运算放大器用于将第三电压转换成为第二电压,即将正弦波转换成为相同频率的方波。
图4是本发明提供的光电编码器的一实施例的结构示意图。本发明一具体实施方式,结合其他实施方式的各个方面。
光电编码器3,包括本发明各个实施方式提供的编码器光电补偿电路。
图5是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的电路图。图6是本发明提供的编码器光电补偿电路的一实施例的波形图。
在该实施方式中,发光元件LED发射的光线经过光栅板后被受光元件接收,形成第一光电流I。受光元件将光信号转换为电信号,由于光栅板是明暗相间的均等条纹,因此受光元件输出的第一光电流成正弦性。
第一电流经过电阻R4输入至第一运算放大器IC1B的负项端口,第一运算放大器IC1B的正向端口通过R5与3.3V的电压相连,通过R10与对相连,电阻R3跨接在第一运算放大器IC1B输出端与负项端口之间。
假设,R4=20K、R5=13K、R10=20K、R3=120K,根据电阻值可以计算得到IC1B正相输入端电压,(3.3-V1)/13=V1/20,因此V1=2V。
经过第一次运算放大器IC1B后产生电压信号VF1,由运算放大器的计算方式可以得出:(V1-VF1)/R3=I,其中I的量级为uA,因此得出:VF1=2-0.12×I;其中常数A为2,常数B为0.12,I为第一光电流,VF1为第三电压。
VF1经过第二次运算放大器IC1A后生成VF2。VF1输入IC1A的正向端口,IC1A的负项端口通过R1与3.3V电源相连,通过R2与地相连,电容C1跨接在IC1A的负项端口与输出端之间。IC1A是在比较器的模式进行工作,参考电压V3=1.2V,因此经过IC1A后生成的电压信号VF2是方波,
VF2进一步通过控制开关元件QN1(NPN型三极管)的通断,在VF3处生成与VF2频率、占空比相同的PWM波,然后再通过控制PWM波高电平的占空比来改变平均电压的大小,从而达到控制LED负载电压的目的,以此实现LED光亮度的控制。
如图6所示,第一光电流为正弦波,DC电平7uA,振幅7uA,频率50Hz,通过计算得到VF3的平均电压为4.0V,如下公式所示,
VF3=V低电平×占空比低电平+V高电平×占空比高电平
=3.35×0.507+4.68×0.493=4.0V
推出LED两端的电压VLED=5V-4.0V=1.0V,以同样的方式改变第一光电流的振幅大小,得出10组对应的LED负载电压,如下表所示:
I | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
V LED | 1.9 | 1.75 | 1.6 | 1.31 | 1.14 | 1.03 | 1 | 0.9 | 0.87 | 0.83 |
可以明显看出第一光电流与V_LED(LED负载电压)VLED呈现出反比例关系,即当LED光量值降低时,第一光电流下降,光亮补偿回路会自动调节LED的负载电压,使得VLED增加;当LED光亮值增加时,第一光电流升高,光亮补偿回路会自动调节LED的负载电压,使VLED减小,从而维持LED的光亮值保持在一定的范围内,有效提高编码器信号输出的可靠性。
图7是本发明提供的编码器光电补偿方法的一实施例的方法示意图。本发明一具体实施方式,结合其他实施方式的各个方面。
一种编码器光电补偿方法,该方法用于包括了发光元件、光栅板,受光元件的电路,包括步骤S410、S420。
步骤S410,发光元件发送的光信号经过光栅板后照射到受光元件上,所述受光元件输出第一光电流。
发光元件,例如LED,发射的光经过光栅板后被受光元件,例如光电二极管(PD)接收,光电二极管将光信号转换为电信号。由于光栅板是明暗相间的均等条纹,因此受光元件输出的第一光电流成正弦性。
步骤S420,根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。该步骤为电压调整步骤。
第一电压,为发光元件两端的电压(LED负载电压),其与第一光电流呈反比关系,当发光元件光量值降低时,第一光电流下降,电压调整电路自动调整第一电压,使得第一电压增加。当发光元件光量值增加时,第一光电流增加,电压调整电路自动调整第一电压,使得第一电压减小。通过电压调整电路的调整,发光元件的光亮值能够保持在一定的范围内,因此有效地提高编码器信号输出的可靠性。
可选地,所述电压调整步骤包括转换步骤和开关步骤。
转换步骤,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波。第一光电流是正弦波,第二电压为相同频率的方波。
开关步骤,开关元件在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。开关元件,例如三极管,第二电压触发开关元件使得开关元件导通或断开,从而形成与第二电压相同频率,相同占空比的第一电压。第一电压是PWM波(脉冲宽度调制),其占空比可调。通过改变占空可以改变平均电压的大小,从而控制发光元件的亮度。
可选地,转换步骤包括第一转换步骤和第二转换步骤,所述第一转换步骤用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波,所述第二转换步骤用于将所述第三电压转换成为所述第二电压。
可选地,所述第一光电流与所述第三电压的关系为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
由此,利用本发明的方案,解决了现有技术中由于发光元件的亮度变化对光电编码器稳定性产生的影响,自动调节编码器的光亮值,保证编码器在使用过程中的稳定性。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种编码器光电补偿电路,其特征在于,包括发光元件、光栅板、受光元件以及电压调整电路,
所述发光元件发送的光信号经过所述光栅板后照射到所述受光元件上,所述受光元件输出第一光电流;
所述电压调整电路,用于根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;
所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述电压调整电路包括转换电路和开关元件,
所述转换电路,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波;
所述开关元件,在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。
3.根据权利要求2所述的电路,其特征在于,所述转换电路包括第一运算放大器和第二运算放大器,所述第一运算放大器用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波,所述第二运算放大器用于将所述第三电压转换成为所述第二电压。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,所述第一光电流与所述第三电压的关系为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
5.一种光电编码器,其特征在于,包括如权利要求1-4任一所述的一种编码器光电补偿电路。
6.一种编码器光电补偿方法,其特征在于,所述方法用于包括了发光元件、光栅板,受光元件的电路,
所述发光元件发送的光信号经过所述光栅板后照射到所述受光元件上,所述受光元件输出第一光电流;
还包括电压调整步骤,用于根据所述第一光电流生成第一电压,所述第一电压作用在所述发光元件的两端;
所述第一电压随着第一光电流的减小而增大,随着第一光电流的增加而减小。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述电压调整步骤包括转换步骤和开关步骤,
所述转换步骤,用于将第一光电流转换成第二电压,所述第二电压为第一频率,第一占空比的方波;
所述开关步骤,开关元件在所述第二电压的触发下通断生成第一频率、第一占空比的所述第一电压。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述转换步骤包括第一转换步骤和第二转换步骤,所述第一转换步骤用于将第一光电流转换成第三电压,所述第三电压为正弦波,所述第二转换步骤用于将所述第三电压转换成为所述第二电压。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一光电流与所述第三电压的关系为:
VF1=A-B×I;
A,B为常数系数,I为第一光电流,VF1为第三电压。
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