光電式絕對編碼器

光電式絕對編碼器的碼盤(pán)如圖12.3.1所示，它是在一塊圓形玻璃上采用腐蝕工藝刻有透光和不透光的碼形，其中黑的區域為不透光區，用“0”表示；白的區域為透光區，用“1”表示，如此，在任意角度都有對應的二進(jìn)制編碼。碼盤(pán)分成四個(gè)碼道，每一條碼道對應一個(gè)光電器件，并沿碼盤(pán)的徑向排列。當碼盤(pán)處于不同角度時(shí)，各光電器件根據受光與否輸出相應的電平信號，由此產(chǎn)生絕對位置的二進(jìn)制編碼。
　　不難看出，碼盤(pán)的碼道數就是該碼盤(pán)的數碼位數，且高位在內，低位在外。絕對編碼器的分辨率取決于二進(jìn)制編碼的位數，亦即碼道的個(gè)數。若碼盤(pán)的碼道數為n，則所能分辨的最小角度為
　　　　　?。?2.3.1）
分辨率＝　　　　　 （12.3.2）
顯然，位數n越大，所能分辨的最小角度α越小，測量精度越高。例如一個(gè)10碼道的絕對編碼器可以產(chǎn)生210（1024）個(gè)位置，能分辨的最小角度為21′6″，目前已可以制作18個(gè)碼道的絕對式編碼器，分辨角度為。

　　圖12.3.1(a)為標準二進(jìn)制編碼的碼盤(pán)，這種編碼方式直接取自二進(jìn)制累進(jìn)過(guò)程，也被稱(chēng)作8421碼盤(pán)。當它在兩個(gè)位置的邊緣交替或來(lái)回擺動(dòng)時(shí)，由于碼盤(pán)制作或光電器件安裝的誤差會(huì )導致讀數失誤，產(chǎn)生非單值性誤差。例如，在位置0111與1000的交界處，可能會(huì )出現1111、1110、1011、0101等數據，因此這種碼盤(pán)在實(shí)際中很少采用。
　　實(shí)用的絕對編碼器碼盤(pán)常采用二進(jìn)制循環(huán)碼盤(pán)(格雷碼盤(pán))，如圖12.3.1(b)所示，它的相鄰數的編碼只有一位變化，因此就把誤差控制在最小單位內，避免了非單值性誤差。格雷碼在本質(zhì)上是一種對二進(jìn)制的加密處理，每位不再具有固定的權值，因此必須經(jīng)過(guò)解碼過(guò)程將格雷碼轉換為二進(jìn)制碼，然后才能得到位置信息。解碼過(guò)程可通過(guò)硬件解碼器或軟件來(lái)實(shí)現。
表12.1給出了4位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼之間的對照關(guān)系。

表12.1 4位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對照表

　　光電式絕對編碼器的優(yōu)點(diǎn)是非接觸，允許高速旋轉，即使靜止或關(guān)閉后再打開(kāi)，也能得到角向位置信息。但是它的結構較為復雜、造價(jià)較高，光源壽命短，而且信號引出線(xiàn)隨著(zhù)分辨率的提高而增加。隨著(zhù)大規模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已出現集成化的絕對編碼器，它將編碼器與數字處理電路組合在一起。如果進(jìn)一步采用光學(xué)分解技術(shù)，可獲得更高的分辨率。