CN110095626A - 一种含有高速光电编码器的系统及测试方法 - Google Patents

一种含有高速光电编码器的系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种高速光电编码器，包括第一高速感光模块、第二高速感光模块和D触发器，其中，所述第一高速感光模块的输出端连接所述D触发器的时钟输入端，所述第二高速感光模块的输出端连接所述D触发器的复位输入端，所述D触发器的数据输入端接高电平，所述D触发器的输出端输出编码信号。本发明提供的一种含有高速光电编码器的系统及测试方法，采用单光子雪崩二极管作为探测元件，使得高速光电编码器具有响应速度快、电路简单、芯片面积小等优点，能够快速准确地测出码盘的转速和转向。

Description

一种含有高速光电编码器的系统及测试方法
技术领域
本发明涉及光电编码器领域，具体涉及一种含有高速光电编码器的系统及测试方法。
背景技术
在工业设备及民用电器设备中，一般工件转速测量均通过一个光电编码器与码盘、光源配合实现。编码器通过检测透过码盘照射在芯片上的光线明暗频率，进而获得码盘的转速信息。
目前光电编码器芯片产品多采用双极结型晶体管工艺，芯片使用多个光电二极管监测入射光通过码盘的明暗变化，当光电二极管受到光照时，会产生光生电流，后续通过积分电路对该电流积分转换为电压，然后对几路电压信号比较输出脉冲信号。该种架构的光电编码器存在电路复杂，芯片面积大，响应速度较慢的缺点，不适用于高速测量。
发明内容
本发明提供的一种含有高速光电编码器的系统及测试方法，采用单光子雪崩二极管作为探测元件，使得高速光电编码器具有响应速度快、电路简单、芯片面积小等优点，能够快速准确地测出码盘的转速和转向。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速光电编码器，包括第一高速感光模块、第二高速感光模块和D触发器，其中，所述第一高速感光模块的输出端连接所述D触发器的时钟输入端，所述第二高速感光模块的输出端连接所述D触发器的复位输入端，所述D触发器的数据输入端接高电平，所述D触发器的输出端输出编码信号。
进一步地，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅰ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅰ并联连接；
所述第二高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅱ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅱ并联连接。
一种测试码盘转速的系统，包括上述的高速光电编码器、码盘和光源，所述码盘表面包括交替的透光光栅和不透光光栅，所述光源位于所述码盘的上方，所述高速光电编码器位于所述码盘的下方，当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于不透光光栅下方；当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于透光光栅下方。
进一步地，相邻的透光光栅和不透光光栅的宽度之和等于高速光电编码器的宽度；感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ的宽度均小于相邻的透光光栅和不透光光栅宽度之和的四分之一。
一种测试码盘转速的方法，包括如下步骤：
S01：感光区域Ⅰ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅱ位于不透光光栅的下方时，感光区域Ⅰ接收光子，第一高速感光模块输出端由低电平变为高电平；感光区域Ⅱ不接受光子，第二高速感光模块输出端保持低电平；此时，D触发器的时钟输入端出现由低变高的脉冲信号，D触发器输出端立即由低电平变为高电平，其后D触发器输出端保持高电平不变；
S02：所述码盘转动，使得感光区域Ⅱ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，感光区域Ⅱ接收光子，第二高速感光模块输出端由低电平变为高电平；感光区域Ⅰ不接受光子，第一高速感光模块输出端保持低电平；此时，D触发器进入复位状态，D触发器输出端立即由高电平变为低电平；
S03：所述码盘持续转动，所述高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，通过计算该脉冲信号的频率即可计算所述码盘的转速。
进一步地，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；所述第二高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；
所述步骤S01中，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；
所述步骤S02中，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平。
一种测试码盘转速和转向的系统，包括码盘、光源和两个上述的高速光电编码器，所述码盘包括交替的透光光栅和不透光光栅，所述光源位于所述码盘的上方，两个高速光电编码器相邻设置于所述码盘的下方，当两个高速光电编码器中第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于透光光栅下方时，第二高速感光模块中的感光区域Ⅱ位于不透光光栅下方；当两个高速光电编码器中第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于透光光栅下方。
进一步地，相邻的透光光栅和不透光光栅的宽度之和等于高速光电编码器的宽度；感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ的宽度均小于相邻的透光光栅和不透光光栅宽度之和的四分之一。
一种测试码盘转速和转向的方法，包括如下步骤：
S01：两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于透光光栅的下方，且两个高速光电编码器中的感光区域Ⅱ均位于不透光光栅下方时，两个感光区域Ⅰ同时接收光子，第一高速感光模块输出端均由低电平变为高电平；两个感光区域Ⅱ均不接受光子，第二高速感光模块输出端均保持低电平；此时，两个D触发器的时钟输入端同时出现由低变高的脉冲信号，两个D触发器输出端均立即由低电平变为高电平，其后两个D触发器输出端均保持高电平不变；
S02：所述码盘转动至两个高速光电编码器中的感光区域Ⅱ均位于透光光栅的下方，且两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于不透光光栅下方时，两个感光区域Ⅱ同时接收光子，第二高速感光模块输出端由低电平变为高电平；两个感光区域Ⅰ均不接受光子，第一高速感光模块输出端保持低电平；此时，两个D触发器均进入复位状态，两个D触发器输出端均立即由高电平变为低电平；
S03：所述码盘持续转动，两个高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，通过计算该脉冲信号的频率即可计算所述码盘的转速，通过比较固定时间内两个高速光电编码器输出的高电平信号个数，可以确定所述码盘的转向。
进一步地，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；所述第二高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；
所述步骤S01中，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；
所述步骤S02中，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平。本发明的有益效果为：本发明采用单光子雪崩二极管作为探测元件，使得高速光电编码器具有响应速度快、电路简单、芯片面积小等优点；通过将高速光电编码器设置在码盘下方，可以快速准确地测量出码盘的转速和转向，特别适用于目前的工业领域，民用领域产品中的高速测量应用场合。
附图说明
附图1为本发明一种高速光电编码器的结构框架图。
附图2为本发明一种高速光电编码器的具体电路图。
附图3为实施例1中测试码盘转速时步骤S01所处的系统示意图。
附图4为实施例1中测试码盘转速时步骤S02所处的系统示意图。
附图5为实施例1中高速光电编码器的输出示意图。
附图6为实施例2中测试码盘转速和转向的系统示意图。
图中：1光源，2码盘。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
请参阅附图1，本发明提供的一种高速光电编码器，包括第一高速感光模块、第二高速感光模块和D触发器，其中，第一高速感光模块的输出端连接所述D触发器的时钟输入端，第二高速感光模块的输出端连接所述D触发器的复位输入端，D触发器的数据输入端接高电平，D触发器的输出端输出编码信号；D触发器的复位输入端电压由低变高时，D触发器输出端变为低电平；当D触发器的数据输入端为高电平，且D触发器的时钟输入端电压由低电平变为高电平时，D触发器输出变为高电平。
本发明中第一高速感光模块和第二高速感光模块电路相同，为同一种电路模块，具体为：第一高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与电阻Ⅰ的一端和反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；反相器Ⅰ的输出端连接D触发器的时钟输入端。其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅰ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅰ可以并联连接。第二高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与电阻Ⅱ的一端和反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；反相器Ⅱ的输出端连接D触发器的复位输入端；其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅱ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅱ并联连接。本发明中单光子雪崩二极管对应高速感光模块中的感光区域，当感光区域面积大时，可以设置多个单光子雪崩二极管并联，当感光区域面积较小时，可以只设置一个单光子雪崩二极管，具体如附图2所示。以下具体实施例采用附图2中一个单光子雪崩二极管的电路图进行说明，当单光子雪崩二极管为多个并联时，其电路图以及工作原理均相似。
采用上述高速光电编码器可以测量码盘的转速和转向，若只需要测量转速，可以在码盘下方安装一个上述高速光电编码器，若需要同时测量转速和转向，则需要在码盘下安装两个上述高速光电编码器。以下通过两个具体实施例说明该系统如何测试码盘转速和转向，其中，下述两个实施例中均以附图2中的高速感光模块为例进行说明，当高速感光模块为其他结构，且能够使得D触发器输出端输出稳定脉冲信号时，也属于本发明的保护范围之内。
实施例1
本发明上述高速光电编码器是为了测试码盘的转速，因此，本发明中一种测试码盘转速的系统，包括上述的高速光电编码器、码盘2和光源1，码盘2包括交替的透光光栅和不透光光栅，光源位于码盘的上方，高速光电编码器位于码盘的下方，当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于不透光光栅下方；当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于透光光栅下方。本发明的装置和方法需要确保第一高速感光模块和第二高速感光模块中的感光区域不能同时位于透光光栅或者不透光光栅的下方。只要能够达到上述功能的设置均属于本发明的保护范围。其中，单光子雪崩二极管Ⅰ对应第一高速感光模块中的感光区域Ⅰ；单光子雪崩二极管Ⅱ对应第二高速感光模块中的感光区域Ⅱ。
为了达到上述目的，可以设置相邻的透光光栅和不透光光栅的宽度等于位于其下方的高速光电编码器的宽度，具体透光光栅和不透光光栅的宽度可以根据高速光电编码器中感光区域的面积和位置进行调节，其中，高速光电编码器中感光区域所占的芯片的宽度根据透光光栅和不透光光栅的宽度进行设置，只要能够避免感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ同时透光或不透光即可，例如可以设置每一个高速感光模块中感光区域的宽度小于相邻两个透光光栅和不透光光栅总宽度的四分之一，由于第一高速感光模块和第二高速感光模块为相同的电路模块，因此，感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ所占的面积大小以及位于高速感光模块中的位置均是相同的。
一种测试码盘转速的方法，包括如下步骤：
S01：请参阅附图3和5，感光区域Ⅰ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅱ位于不透光光栅的下方时，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；此时，D触发器的时钟输入端出现由低变高的脉冲信号，D触发器输出端VOUT立即变为高电平，其后D触发器输出端VOUT输出保持不变；如附图5中的状态1。
S02：请参阅附图4和5，码盘转动至感光区域Ⅱ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平；此时，D触发器进入复位状态，D触发器输出端VOUT立即变为低电平；如附图5中的状态2。
S03：请参阅附图5，码盘持续转动，高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，每一个脉冲信号如附图5所示，通过计算该脉冲信号的频率即可计算码盘的转速。
实施例2
请参阅附图6，本发明上述高速光电编码器是为了测试码盘的转速和转向，因此，本发明中一种测试码盘转速和转向的系统，包括码盘2、光源1和两个上述的高速光电编码器，码盘2包括交替的透光光栅和不透光光栅，光源位于码盘的上方两个高速光电编码器相邻设置于所述码盘的下方，当两个高速光电编码器中的单光子雪崩二极管Ⅰ位于透光光栅下方时，单光子雪崩二极管Ⅱ位于不透光光栅下方；当两个高速光电编码器中的单光子雪崩二极管Ⅰ位于不透光光栅下方时，单光子雪崩二极管Ⅱ位于透光光栅下方。同实施例1类似，需要避免两个高速光电编码器中单光子雪崩二极管Ⅰ和单光子雪崩二极管Ⅱ同时透光或不透光，且单光子雪崩二极管Ⅰ对应第一高速感光模块中的感光区域Ⅰ；单光子雪崩二极管Ⅱ对应第二高速感光模块中的感光区域Ⅱ。
一种测试码盘转速和转向的方法，包括如下步骤：
S01：两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅱ均位于不透光光栅下方时，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；此时，两个高速光电编码器中的D触发器的时钟输入端均出现由低变高的脉冲信号，两个高速光电编码器中D触发器输出端VOUT均立即变为高电平，其后两个高速光电编码器中D触发器输出端VOUT均输出保持不变；这里的两个高速光电编码器中D触发器输出端VOUT分别指的是附图6中的VOUT1和VOUT2。具体请参阅如附图5中的状态1。
S02：码盘转动至两个高速光电编码器中的感光区域Ⅱ均位于透光光栅的下方，且两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于不透光光栅下方时，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平；此时，两个高速光电编码器中的D触发器均进入复位状态，两个高速光电编码器中D触发器输出端VOUT均立即变为低电平；这里的两个高速光电编码器中D触发器输出端VOUT分别指的是附图6中的VOUT1和VOUT2。具体请参阅如附图5中的状态2。
S03：码盘持续转动，所述码盘持续转动，两个高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，通过计算该脉冲信号的频率即可计算所述码盘的转速，通过比较两个高速光电编码器输出的高电平信号个数，可以确定所述码盘的转向。具体的，码盘的转向为从高电平信号个数多的高速光电编码器朝着高电平信号个数少的高速光电编码器转动。具体请参阅附图6，例如，一段时间内，VOUT1高电平脉冲个数大于VOUT2，则说明码盘是从单光子雪崩二极管Ⅰ朝单光子雪崩二极管Ⅱ方向转动的，反之亦然。
本发明采用单光子雪崩二极管作为探测元件，使得高速光电编码器具有响应速度快、电路简单、芯片面积小等优点；通过将高速光电编码器设置在码盘下方，可以快速准确地测量出码盘的转速和转向，特别适用于目前的工业领域，民用领域产品中的高速测量应用场合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速光电编码器，其特征在于，包括第一高速感光模块、第二高速感光模块和D触发器，其中，所述第一高速感光模块的输出端连接所述D触发器的时钟输入端，所述第二高速感光模块的输出端连接所述D触发器的复位输入端，所述D触发器的数据输入端接高电平，所述D触发器的输出端输出编码信号。
2.根据权利要求1所述的一种高速光电编码器，其特征在于，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅰ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅰ并联连接；
所述第二高速感光模块包括至少一个单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；其中，当所述单光子雪崩二极管Ⅱ的个数大于1时，所有的单光子雪崩二极管Ⅱ并联连接。
3.一种测试码盘转速的系统，其特征在于，包括权利要求1所述的高速光电编码器、码盘和光源，所述码盘表面包括交替的透光光栅和不透光光栅，所述光源位于所述码盘的上方，所述高速光电编码器位于所述码盘的下方，当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于不透光光栅下方；当第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于透光光栅下方。
4.根据权利要求3所述的一种测试码盘转速的系统，其特征在于，相邻的透光光栅和不透光光栅的宽度之和等于高速光电编码器的宽度；感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ的宽度均小于相邻的透光光栅和不透光光栅宽度之和的四分之一。
5.一种采用权利要求3所述的系统测试码盘转速的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：感光区域Ⅰ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅱ位于不透光光栅的下方时，感光区域Ⅰ接收光子，第一高速感光模块输出端由低电平变为高电平；感光区域Ⅱ不接受光子，第二高速感光模块输出端保持低电平；此时，D触发器的时钟输入端出现由低变高的脉冲信号，D触发器输出端立即由低电平变为高电平，其后D触发器输出端保持高电平不变；
S02：所述码盘转动，使得感光区域Ⅱ位于透光光栅的下方，且感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，感光区域Ⅱ接收光子，第二高速感光模块输出端由低电平变为高电平；感光区域Ⅰ不接受光子，第一高速感光模块输出端保持低电平；此时，D触发器进入复位状态，D触发器输出端立即由高电平变为低电平；
S03：所述码盘持续转动，所述高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，通过计算该脉冲信号的频率即可计算所述码盘的转速。
6.根据权利要求5所述的一种测试码盘转速的方法，其特征在于，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；所述第二高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；
所述步骤S01中，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；
所述步骤S02中，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平。
7.一种测试码盘转速和转向的系统，其特征在于，包括码盘、光源和两个权利要求1所述的高速光电编码器，所述码盘包括交替的透光光栅和不透光光栅，所述光源位于所述码盘的上方，两个高速光电编码器相邻设置于所述码盘的下方，当两个高速光电编码器中第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于透光光栅下方时，第二高速感光模块中的感光区域Ⅱ位于不透光光栅下方；当两个高速光电编码器中第一高速感光模块的感光区域Ⅰ位于不透光光栅下方时，第二高速感光模块的感光区域Ⅱ位于透光光栅下方。
8.根据权利要求7所述的一种测试码盘转速和转向的系统，其特征在于，相邻的透光光栅和不透光光栅的宽度之和等于高速光电编码器的宽度；感光区域Ⅰ和感光区域Ⅱ的宽度均小于相邻的透光光栅和不透光光栅宽度之和的四分之一。
9.一种采用权利要求7所述的系统测试码盘转速和转向的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于透光光栅的下方，且两个高速光电编码器中的感光区域Ⅱ均位于不透光光栅下方时，两个感光区域Ⅰ同时接收光子，第一高速感光模块输出端均由低电平变为高电平；两个感光区域Ⅱ均不接受光子，第二高速感光模块输出端均保持低电平；此时，两个D触发器的时钟输入端同时出现由低变高的脉冲信号，两个D触发器输出端均立即由低电平变为高电平，其后两个D触发器输出端均保持高电平不变；
S02：所述码盘转动至两个高速光电编码器中的感光区域Ⅱ均位于透光光栅的下方，且两个高速光电编码器中的感光区域Ⅰ均位于不透光光栅下方时，两个感光区域Ⅱ同时接收光子，第二高速感光模块输出端由低电平变为高电平；两个感光区域Ⅰ均不接受光子，第一高速感光模块输出端保持低电平；此时，两个D触发器均进入复位状态，两个D触发器输出端均立即由高电平变为低电平；
S03：所述码盘持续转动，两个高速光电编码器输出的脉冲信号的频率与码盘转速呈线性关系，通过计算该脉冲信号的频率即可计算所述码盘的转速，通过比较固定时间内两个高速光电编码器输出的高电平信号个数，可以确定所述码盘的转向。
10.根据权利要求9所述的一种测试码盘转速和转向的方法，其特征在于，所述第一高速感光模块和所述第二高速感光模块为同一种电路模块；所述第一高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅰ、电阻Ⅰ和反向器Ⅰ，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅰ的正极与所述电阻Ⅰ的一端和所述反相器Ⅰ的输入端共同连接于节点N1；所述电阻Ⅰ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅰ的输出端连接所述D触发器的时钟输入端；所述第二高速感光模块包括单光子雪崩二极管Ⅱ、电阻Ⅱ和反向器Ⅱ，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的负极与电源负极相连，所述单光子雪崩二极管Ⅱ的正极与所述电阻Ⅱ的一端和所述反相器Ⅱ的输入端共同连接于节点N2；所述电阻Ⅱ的另一端与电源正极相连；所述反相器Ⅱ的输出端连接所述D触发器的复位输入端；
所述步骤S01中，单光子雪崩二极管Ⅰ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅰ反向电流瞬间增大，使得节点N1电压VN1立即由高电平变为低电平，反相器Ⅰ输出电压VO1快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅱ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅱ处于截止状态，节点N2电压VN2处于高电平，反相器Ⅱ输出电压VO2保持低电平；
所述步骤S02中，单光子雪崩二极管Ⅱ接受到光子便立即进入雪崩状态，单光子雪崩二极管Ⅱ反向电流瞬间增大，使得节点N2电压VN2立即由高电平变为低电平，反相器Ⅱ输出电压VO2快速由低电平变为高电平；此时，单光子雪崩二极管Ⅰ上方为不透光光栅，单光子雪崩二极管Ⅰ处于截止状态，节点N1电压VN1处于高电平，反相器Ⅰ输出电压VO1保持低电平。
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