光电式绝对编码器

绝对编码器

光电式绝对编码器的码盘如图12.3.1所示，它是在一块圆形玻璃上采用腐蚀工艺刻有透光和不透光的码形，其中黑的区域为不透光区，用“0”表示；白的区域为透光区，用“1”表示，如此，在任意角度都有对应的二进制编码。码盘分成四个码道，每一条码道对应一个光电器件，并沿码盘的径向排列。当码盘处于不同角度时，各光电器件根据受光与否输出相应的电平信号，由此产生绝对位置的二进制编码。
　　不难看出，码盘的码道数就是该码盘的数码位数，且高位在内，低位在外。绝对编码器的分辨率取决于二进制编码的位数，亦即码道的个数。若码盘的码道数为n，则所能分辨的最小角度为
                                 　　　　　     　        （12.3.1）
                     分辨率＝                       　　　　　 （12.3.2）
显然，位数n越大，所能分辨的最小角度α越小，测量精度越高。例如一个10码道的绝对编码器可以产生210（1024）个位置，能分辨的最小角度为21′6″，目前已可以制作18个码道的绝对式编码器，分辨角度为。

图12.3.1 4位光电式绝对编码器

　　图12.3.1(a)为标准二进制编码的码盘，这种编码方式直接取自二进制累进过程，也被称作8421码盘。当它在两个位置的边缘交替或来回摆动时，由于码盘制作或光电器件安装的误差会导致读数失误，产生非单值性误差。例如，在位置0111与1000的交界处，可能会出现1111、1110、1011、0101等数据，因此这种码盘在实际中很少采用。
　　实用的绝对编码器码盘常采用二进制循环码盘(格雷码盘)，如图12.3.1(b)所示，它的相邻数的编码只有一位变化，因此就把误差控制在最小单位内，避免了非单值性误差。格雷码在本质上是一种对二进制的加密处理，每位不再具有固定的权值，因此必须经过解码过程将格雷码转换为二进制码，然后才能得到位置信息。解码过程可通过硬件解码器或软件来实现。
表12.1给出了4位二进制码与循环码之间的对照关系。

表12.1  4位二进制码与循环码对照表

十进制数	标准二进制码	格雷码	十进制数	标准二进制码	格雷码
0	0000	0000	8	1000	1100
1	0001	0001	9	1001	1101
2	0010	0011	10	1010	1111
3	0011	0010	11	1011	1110
4	0100	0110	12	1100	1010
5	0101	0111	13	1101	1011
6	0110	0101	14	1110	1001
7	0111	0100	15	1111	1000

　　光电式绝对编码器的优点是非接触，允许高速旋转，即使静止或关闭后再打开，也能得到角向位置信息。但是它的结构较为复杂、造价较高，光源寿命短，而且信号引出线随着分辨率的提高而增加。随着大规模集成电路技术的发展，已出现集成化的绝对编码器，它将编码器与数字处理电路组合在一起。如果进一步采用光学分解技术，可获得更高的分辨率。