光电信息转换组合器件

§3.3光电信息转换组合器件§3.3.1光电耦合器一、结构和特点图3.3.1-1光电耦合器结构光电耦合器是将LED和光敏三极管紧密的组装在一起，密封在一个对外隔光的封装之内，这样LED的光线能够落到光敏三极管的表面上。如图：光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。光电耦合器的另一个重要特性是用IF控制I，信号的传递是单向的。输出端即使有很强的干扰和噪声，也不会影响反馈到输入端。二、光电耦合器的类型其类型主要有：普通光电耦合器；达林顿光电耦合器；双光电耦合器；四光电耦合器；（此四种统称为隔离光电耦合器）开槽光电耦合器和反射光电耦合器。

光电耦合器的一个重要特性是其输入端相联接的电路可以和其输出端的电路完全隔开，并且在这两个电路之间可以安全地存在成百上千伏的电位差而不会对光电耦合器的工作产生不利影响。

使用单只光敏三极管作输出级的普通光电耦合器（图a），通常是密封在一个六引脚的封装之内，而光敏三极管的基极被引到封装的外面以备使用。在平常的使用中，基极是开路不用的，在此情况下，光电耦合器具有300kHz的有效带宽。然而，光敏三极管能够转换为光敏二极管，这只要将基极（引脚6）和发射极（引脚4）的引出端短接在一起即可，在这种情况下，带宽却上升到约30MHz。（a）普通光电耦合器图3.3.1-2光电耦合器的类型

达林顿光电耦合器(图b)也是密封在一个六引脚的封装当中，而且其光敏三极管的基极亦引到封装之外以供使用。由于达林顿管的高电流增益，因此其有效带宽仅为30kHz。

图c和图d所示的双和四光电耦合器都是利用单只光敏三极管作为输出级的，而这些光敏三极管的基极却不能外部引用。图3.3.1-2光电耦合器的类型

注意：在所有这四种器件里，输入引脚都是在封装的某一边上而输出引脚则是在封装的另一边上。这种结构有利于增加隔离电压的最大可能值。还要注意的有，在图3.3.1-2(c)和图3.3.1-2(d)所示的双和四光电耦合器件中，尽管它们具有1.5kV的隔离电压值，但是在相邻通道之间所出现的电位差却绝对不允许超过500V。三、光电耦合器的检测在检测输入端时，一般均参照红外发光二极管的检测方法。检测输出端时应参照光敏三极管的检测方法。万用表置于欧姆档，红、黑表笔接入两个引脚，一次指数为无穷大，互换后表针为几千欧，则黑表笔所结引脚为发光二极管的正极。在光电耦合器输入端接入正向电压，万用表指针置于电阻档，红、黑表笔接入光电耦合器输出端的两个引脚。如果一次表针指数为无穷大，表针互换后电阻值小于100欧，此时黑表所接为NPN型光敏三极管的集电极c、红表笔所接为发射集e。切断输入端电压，光敏三极管要截止，电阻应为无穷大。1．用于电平转换图3.3.1-3是PMOS电路电平转到TTL(晶体管-晶体管逻辑电路)电路电平的电路图。该电路中，输入是-20伏到0伏的脉冲，输出是0伏到5伏的脉冲，前后电路完全是隔离的。图3.3.1-3电平转换电路由于各种集成电路所用的电源电压是不同的，如在一个系统中用二种材料的集成电路芯片，则需要进行电平的转换。另外各种传感器的电源电压有时也难于与集成电路相同，故进行电平转换有时是必要的。四、光电耦合器的应用图a为两个光电耦合器组成的与门电路，如果在输入端A和B同时输入高电平“1”，则两个发光二极管GY1和GY2都发光,两个光敏三极管GG1，和GG2都导通，在输出端C就呈现高电平“1”。在输入端A或B中只要有一个为低电平“0”，则其中有一个光敏三极管不导通，输出端C就为“0”，故为与门电路。2．用于逻辑门电路图3.3.1-4光电耦合器在门电路中的应用

图(b)为与非门电路，它的原理与图(a)相似，但输出端不同，图(b)从集电极输出，当两个输入端A和B都为高电平‘1”时，输出为低电平“0”，故为与非门电路。图3.3.1-4光电耦合器在门电路中的应用

图(c)为或门电路，它从发射极输出，输入端A或B中有一个或两个为高电平“1”，则有一个或两个光敏三极管被照亮而导通，输出为高电平“1”，故为或门电路。图3.3.1-4光电耦合器在门电路中的应用

图(d)的原理与图(c)相似，但从集电极输出，输入端A或B中有一个或两个为高电平“1”，输出就为低电平“0”，故为或非门电路。图3.3.1-4光电耦合器在门电路中的应用3．起隔离作用

图3.3.1-5用逻辑电路的信号来触发可控硅SCR（是一种很普通的单向低压控制高压的器件，可以将其用于光触发的形式），可控硅的负载为电感性的开关电路，采用光电耦合器后，负载所产生的尖峰噪声不会反馈到逻辑电路。图3.3.1-5光电隔离作用光电耦合器的应用主要体现在电信号的隔离一种是同一设备内的高低压隔离，另外一种就是两种不同设备的电信号传递往往都会设计成隔离:A、设备内高低压隔离

B、两个设备之间为避免有电联系问题：为什么要隔离？

电路之间不仅可以电源不同，而且接地点也可分开。例如图e为输入、输出与中央运算、处理部分的耦合电路，图中的左边为13.5V的HTL(数字集成电路)到5伏的TTL(晶体管逻辑电路)耦合结构，输入部分由抗干扰能力强的HTL担任，其信号经光电混合器送至中央运算、处理部的TTL电路。图中右边为TTL到HTL的耦合结构，经中央处理部件运算后由光电耦合器送至输出部分，光电耦合器成了TTL和HTL两种电路的媒介。图3.3.1-4光电耦合器在门电路中的应用

光电耦合器是近年来发展起来的新型器件，应用范围和生产量正在急剧增加。由于它具有独特的优点，可组成各种各样的电路，因而可应用在测量仪器、精密仪器、工业和医用电子仪器．自动控制、遥控和遥测、各种通信装置、计算机系统及农业电子设备等广阔领域。在开关电路中的应用+VbR+a-bK输入TK+a-b输入RT+Vb常闭电路常开电路光电耦合器的停电报警电路

用透明胶纸将Φ55mm红色发光二极管与光敏电阻卷好，放人一段黑色笔杆中，两端用胶粘好，即成为一个光电耦合器，它适用于作低频开关电路，如图(a)所示。图(b)为采用光电耦合器的停电报警电路。当平时有市电时，光电耦合器中的发光二极管亮，经耦合使光敏电阻阻值变小，VT1截止，VT1、VT2组成的振荡器不工作。当市电停电时，光敏电阻阻值增加，使VT1导通，振荡器开始工作，发出报警声。R2J~+EcJSCR+Ec报警装置

发光器件发出的光照射在光敏三极管上，三极管饱和导通，从而使可控硅SCR出于截止状态。在有物体通过光路时将会折断光线，从而使光敏三极管截止，可控硅SCR被触发导通，继电器J吸合，接通音响报警。按下复位按钮AN可解除报警。应用：过压保护电路过压保护电路是利用光电耦合器的通断与否进行控制。电压正常时，光电耦合器几乎无输出，VT管被反偏而截止。当某种原因使电路电压升高时（零线断线或零线错接成相线等），取样电路次级电压随之升高，光电耦合器满足工作条件。光耦输出电流增大，使VT管偏置电压升高并饱和导通，执行机构继电器动作吸合，切断电源进而达到保护电器的目的。若故障消除，电压随之正常，该电路立即退出工作，恢复电路供电。

补充：

可控硅（晶闸管）在自动控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。可控硅是一种有源开关元件，平时它保持在非导通状态，直到由一个较少的控制信号对其触发或称“点火”使其导通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持导通状态，要使其截止，可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过可控硅二极管的电流减少到某一个值以下。SCR（SiliconControlledRectifier）可控硅整流器补充：可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图所示。可控硅等效图解图IC1IB1AGK电路符号当阳极加正向电压时，一旦有足够的门极电流流入，就形成强烈的正反馈：Ig↑→Ib2↑→Ic2(=2Ib2)↑=Ib1↑→Ic1(=1Ib1)↑

可控硅二极管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图G1所示。当可控硅的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时，BG2导通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始导通，BG1的导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。补充：问题：观察可控硅的电流流向特性。电路从截止状态进入导通状态后，这时栅极就算没有触发脉冲电路，由于正反馈的作用将保持导通状态不变——可控硅一旦触发后，门极对它将失去控制作用。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态，所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少，BG1和BG2的基极电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路可控硅的阳极和阴极，从而达到可控硅的关断。补充：可控硅的特性：①具有单向导电性，电流只能从阳极流向阴极;②具有正向导通的可控特性;正向导通两个条件：（1）阳极加上正向电压；（2）门极和阴极之间加上一定的正向门极电压Ug。(称为触发)③可控硅一旦触发后，门极对它将失去控制作用；④使导通的可控硅阻断：降低阳极电压或减小阳极电流Ia。

光控可控硅元件又称作光激可控硅或光控硅晶闸管。特点是在控制极区以光触发代替电触发。

光敏二极管、光敏三极管的输出电流小，在实际的应用中往往需要附加放大、整形、输出等电路；而光控可控硅元件输出电流可达安培级，并且电流大小不随光强变化而变化。因此光控可控硅已作为自动控制元件而广泛应用于光继电器，自控、隔离输入开关，光计数器，红外探测器，光报警器等方面。光控可控硅元件

可控硅整流器（SCR），是一种很普通的单向低压控制高压的器件，可将其用于光触发的形式。双向可控硅是一种很普通的由可控硅整流器即SCR发展改进的器件，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。它也可用于光触发形式。将一只SCR和一只LED密封在一个封装中，就可以构成一只光耦合的SCR；而将一只双向可控硅和一只LED密封在一个封装中就可以制成一只光耦合的双向可控硅。

图3.3.1-6和图3.3.1-7示出它们的典型外形（它们通常被密封在一只六引脚的双列直插式的封装中）。五、光电耦合双向可控硅图3.3.1-6图3.3.1-7

典型的光耦合SCR典型的光耦合双向可控硅硅双向开关SBS（SiliconBidirectionalSwitch）也叫双向触发晶体管。它相当于把两只硅单向开关反极性并联，等效电路及符号如图所示。硅双向开关的正向特性及用途与硅单向开关相同，而正、反向转折电压的对称性又与双向触发二极管相近，区别只是对称性更好。补充：T1T2G1.双向可控硅特性曲线2．双向可控硅的触发方式

工作在第一象限有二种触发方式1＋和1－，工作在第三象限有二种触发方式3＋和3－。

1＋：T1对T2加正电压，G对T2加正电压；

1－：T1对T2加正电压，G对T2加负电压；

3＋：T1对T2加负电压，G对T2加正电压；

3－：T1对T2加负电压，G对T2加负电压；四种触发方式（应用时一般采用第一和第三象限的组合）图4.2.1-6双向可控硅特性曲线补充：T1T2G

双向可控硅触发电路举例

双向可控硅应用电路补充：

用光电耦合双向可控硅去控制另一个大功率双向可控硅，可达到控制大功率负载的目的。图3.3.1-8是用光电耦合双向可控硅控制小功率灯泡的电路图，而图3.3.1-9是光电耦合双向可控硅控制大功率负载的电路图。图3.3.1-8小功率灯泡的控制图3.3.1-9光耦可控硅实现大功率控制采用双向晶闸管的气体、烟雾报警电路在出现可燃性气体时，气体传感器TGS308的电导增加，通过电位器RP1滑动点取出电压，其值从3V有效值增加到20V。此升高的电压经二极管和4.7k电阻加至VT1使之导通，进而使双向晶闸管2N6070A导通。由此全波交流电压驱动交流报警器H产生高达90dB的声音，实现报警。当气体从传感器消失后，电路恢复到原始状态，报警自动停止。H为Deltal6003168型24V交流报警器。气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。问题：如何降低灵敏度？1气敏电阻气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。

在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等等。气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。2、热敏电阻热敏电阻热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件。有三种基本类型：正温度系数，PTC负温度系数，NTC临界温度系数CTC特点：温度系数大、灵敏度高电阻值大、引线电阻可忽略体积小，热响应快，廉价互换性差、测温范围窄在汽车、家电领域得到大量应用

编码器一般都是用来定位。可以是直线定位，也可以是圆周定位。特别是在伺服系统里面，编码器是必不可少的。另外，编码器也可以用来检测电机是不是按照系统设定的方向、速度在运行，起到一个监控的作用。例如：汽车转速的测量？

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。不管是用来检测速度还是位置，都是为了实现精确控制。§3.3.2光电编码器光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。光电编码器能将角位移或线位移信息经过光电转换变成数字量，具有分辨率高，可靠性好，抗干扰能力强，应用范围广等优点。光电编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器的原理是光栅的莫尔条纹。形成莫尔条纹必须由两块栅距相等的光栅组成。一、增量式编码器1．原理图3.3.2-1直线光栅的莫尔条纹

莫尔条纹是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。光栅线间距0.01～0.1mm由图3.3.2-1的几何关系可得光栅栅距（线纹间距）w、莫尔条纹宽度B和两光栅线纹间的夹角θ之间的关系为θ很小时，由于θ角是很小的数，因而1/θ是一个较大的数，这样测量莫尔条纹的宽度就比测量光栅线纹宽度容易的多，故莫尔条纹具有放大作用。B当两块光栅相对移动时，莫尔条纹在垂直方向做相应的移动，条纹移动数等于移动光栅刻线数，这样只要检测出莫尔条纹的移动数N，就可计算出光栅的相对移动距离（N乘以光栅栅距）。实质上是一种小量转化为大量。径向圆光栅的莫尔条纹圆光栅的栅线数一般在整圆内刻划5400～64800条线。如圆光栅刻线为21600根，当光栅盘转动1分的角度，莫尔条纹就变化一个周期。因此，只要测出莫尔条纹的变化周期数，就可计算出光栅轴的转动角度，这就是增量式编码器的工作原理。2．结构光源一般采用近红外发光二极管，此类LED动态响应快，使用寿命长，发光峰值波长为0.94μm，与所使用的光电信息转换器件峰值波长相近，外形尺寸为直径2mm，长度5mm，和环氧树脂透镜封装在一起。主光栅盘安装在转动轴上，与被测轴连接作同步转动，指示光栅一般不使用整块光栅盘，而是使用光栅的一角，但栅距与主光栅相同。2）光栅盘3）光电信息转换器件4）机械结构光电信息转换器件，也叫光电接收器，一般使用光敏二极管或光敏三极管，与LED的峰值波长匹配。实用上一般使用一对光电接收器，放置间距调整到莫尔条纹间距的四分之一，这样两光电接收器输出的信号相位差正好是900。安装光栅盘的转轴通过滚珠轴承与机械外壳连接，外壳由金属封闭，以防电磁场的干扰，实际应用时固定编码器外壳，转动轴与被测轴连接即可。1）光源3．增量式编码器的应用1）精确测量角度和角位移；2）精确测量转速；3）测量线速度，由测量转速间接求得；4）测量线性位移，由测量角位移间接求得。信号处理电路框图如图3.3.2-2所示。

当光栅盘转动时，光电接收器输出近似的正弦信号，经放大后由施密特比较器进行整形。辨向电路如图3.3.2-3所示。如编码器正转，则

V1的相位超前90º，Vo输出为“1”，控制可逆计数器做加法计数，反之则V2的相位超前90º，Vo输出为“0”，控制可逆计数器做减法计数。4．信号处理电路图中，与非门用74LS00集成电路。V1、V2为信号输入端，V0接示波器。电源用＋5V。

当输入电压uI

变化使u+=u-=uI

时，输出端的状态发生跳变。施密特比较器——迟滞（滞回）比较器D1D2+-AuIuoR3(a)电路图UREFRR2R1UOHUIHUOLUILuouI0(b)传输特性附两个门限电压：上门限电压UIH

和下门限电压UIL

，两者的差值称为门限宽度假设比较器输出高电平UOH

，则UOH

和UR

共同加到同相输入端的合成电压为

U+1就是比较器的上门限电压，即UIH=U+1

。当比较器输出为低电平UOL时，按同样的分析求得加到同相输入端的合成电压为附

U+2就是比较器的下门限电压，即UIL=U+2

。相应的迟滞宽度为

利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。如图1.3.3-5所示。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。附图1.3.3-5过零检测器中的错误阶跃附用施密特触发器实现波形变换附RS触发器真值表指示光栅安装在运动部件上，主光栅与指示光栅的夹角最大应为多少度。思考并设计，手头上有40线/mm的透射式光栅若干，可分辨2.5mm间隔的光敏元件若干，及相关配套电子设备，试设计一编码器。画出光路原理图。θ=0.0025rad画出光电测量系统简图计量光栅的光学放大作用与安装角度有关，而与两光栅的安装间隙无关。莫尔条纹的宽度必须大于光敏元件尺寸的4倍，否则光敏元件无法分辨光强的变化。对25线/mm的长光栅而言，P＝0.04mm，若θ=0.016rad，则B=2.5mm.，光敏元件可以分辨2.5mm的间隔，但无法分辨0.04mm的间隔。

计量光栅的光学放大作用与安装角度有关，而与两光栅的安装间隙无关。莫尔条纹的宽度必须大于光敏元件的尺寸，否则光敏元件无法分辨光强的变化。

莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用100线/mm光栅时，若光栅移动了xmm（也就是移过了100×x条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是100×x条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元件所识别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知道移动的实际距离了。

代表性产品：

德国Heidenhain（海德汉光栅尺）：价格：5700

元(人民币)

封闭式：量程3000mm，分辨力0.1m开放式：量程1440mm，分辨力0.01m开放式：量程270mm

分辨力1nm英国Renishaw（雷尼绍）：量程：任意分辨力：0.1m0.01m中国长春光机所：量程：1000mm分辨力：0.01m增量式编码器二、绝对式编码器1．原理2．二进制编码方式将码盘加工成数个码道，每个码道有黑白分明的码字组成，外层码道代表二进制的最低位，最里面的码道代表二进制的最高位，码字的排列按二进制规律进行，图3.3.2-4是由五个码道组成的5位二进制码盘，图3.3.2-5是编码表及展开图。将光学码盘进行绝对式编码，用透光和不透光表示二进制代码的“1”和“0”，编码方式按二进制码或循环码等规律进行。十进制二进制编码表码道展开0123456789101112131415161718192021222324252627282930310000000001000100001100100001010011000111010000100101010010110110001101011100111110000100011001010011101001010110110101111100011001110101101111100111011111011111■■■■■■■■■□■■■□■■■■□□■■□■■■■□■□■■□□■■■□□□■□■■■■□■■□■□■□■■□■□□■□□■■■□□■□■□□□■■□□□□□■■■■□■■■□□■■□■□■■□□□■□■■□■□■□□■□□■□■□□□□□■■■□□■■□□□■□■□□■□□□□□■■□□□■□□□□□■□□□□□图3.3.2-5编码表及展开图十进制二进制编码表码道展开0123456789101112131415161718192021222324252627282930310000000001000100001100100001010011000111010000100101010010110110001101011100111110000100011001010011101001010110110101111100011001110101101111100111011111011111■■■■■■■■■□■■■□■■■■□□■■□■■■■□■□■■□□■■■□□□■□■■■■□■■□■□■□■■□■□□■□□■■■□□■□■□□□■■□□□□□■■■■□■■■□□■■□■□■■□□□■□■■□■□■□□■□□■□■□□□□□■■■□□■■□□□■□■□□■□□□□□■■□□□■□□□□□■□□□□□图3.3.2-5编码表及展开图二进制码盘的码道数n和码道编码容量M之间关系为：

M＝2n角度分辨率γ与码道数n间的关系为

γ＝360o/M＝360o/2n对应于五个码道，γ＝360/M＝360/25＝11.25o对于21个码道，γ＝0.68”。3．循环码编码方式循环码编码的形式有格雷码，周期码，反射码等。循环码盘的特点:(1)相邻的两组数码之间只有一位是变化的。图3.3.2-6是一种典型的格雷码图案，有五个码道构成。十进制循环码编码表码道展开0123456789101112131415161718192021222324252627282930310000000001000110001000110001110010100100011000110101111011100101001011010010100011000110011101111010111101111111101111001010010101101111011010010100111000110000■■■■■■■■■□■■■□□■■■□■■■□□■■■□□□■■□■□■■□■■■□□■■■□□■□■□□□□■□□□■■□■□■■□■□□■□■■□■□■■■□□■■■□□■■□□□■□□□□■□■□□□□■□□□□□□□□■□□□□■■□■□■■□■□■□□■□□□□■□□■□■■□■□■■□□□■■■□□■■■■图3.3.2-7格雷码的编码表及展开图图3.3.2-6典型的格雷码图案(2)最外层的码字宽比二进制的大一倍。(3)没有固定的权，故很难阅读和计算，实际应用时需将循环码转换成二进制码。从表3.3.2-1可以看出，高位二种码的取值相同，用C表示二进制，R表示循环码，i表示码道数，i＝1，代表最里层（高位）的码道。十进制二进制循环制DC4321R4321012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000表3.3.2-14．绝对式编码器的结构

绝对式编码器由光源、码盘、光电信息转换器件、电路和机械结构组成。在基体上形成透明和不透明码区的循环码盘，其制成方法是利用一个精密设计制造的母码盘，通过光刻方法复制生产出使用的码盘，码盘的制造精度直接影响编码器的输出精度。

*光学码盘的工作原理

光源1发出的光束经柱面透镜2聚光成狭长的强光束后，通过每一码道的透光和不透光部分，使光电接收器4输出透光为“1”而不透光为“0”的二进制代码输出信号，实现角度的数字编码，通过适当的译码电路和计数电路，进行轴角的数字测量与显示。31241-光源2-柱面透镜3-码道4-光电接收器

R1R2R3R4C1C2C3C4……图3.3.2-8译码电路编码器在扩展轴上编码器在实体轴上绝对编码器分解器临近传感器通用编码器安装在扩展轴上实物展开结构图5．绝对式编码器的特点1）能反映被测值（角度，位移等）的绝对值，也能测出变化量的相对值（读出初始值和终值）。2）如测量值大于360度，则需要用二个码盘，由齿轮精确传动，使大码盘转一周，小码盘转一个单位（1位）。这样，只要读出大码盘和小码盘的值，就可测出较大的角度范围。3）抗干扰特强，测量精度高，适合生产第一线使用。4）码盘的码道数增加，分辨率也增加，精度提高，但尺寸增大，造价昂贵。码道宽度由光电接收器的几何参数和物理特性决定。光纤陀螺是近十多年发展起来的一种组合光电器件，它可以满足动载器从智能式制导导航与控制系统发展为分布式制导/导航和控制系统的要求，目前光纤陀螺正进一步从军用向军民两用方向发展。§3.3.3光纤陀螺光纤陀螺是属于惯性技术范畴的一种惯性仪表，光纤陀螺也是光电子技术范畴的一种光传感器，光纤陀螺是惯性技术与光电子技术紧密结合的产物。

精度可达到0.00001度/小时。GS1810-120光纤陀螺仪

问题：如何导航及导航的重要性？

1911年Sagnac发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。这就是Sagnac效应。当转动整个仪器时，干涉条纹会产生移动。仪器测到的是相对于惯性系的绝对旋转。一、Sagnac效应ω

Sagnac效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位（或它们经历的光程）将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同，其相位差（光程差）的大小与闭合光路的转速速率成正比。

Sagnac效应现在已经得到了广泛的应用，精度最高的这样的仪器可以达到的精度是0.00001度/小时。二、光纤陀螺光纤陀螺是基于Sagnac效应，用光纤构成环状光路，组成光纤Sagnac干涉仪。如图3.3.3－1所示，来自光源的光束被分束器BS分成两束光，分别从光纤圈的两端藕合进光纤敏感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束光，再经过合束器BS而叠加产生干涉。当光纤圈处于静止状态时，从光纤圈两端出来的两束光，光程差为零。当光纤圈以角速率Ω旋转时由