光電式絕對(duì)編碼器

光電式絕對(duì)編碼器的碼盤如圖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(qū)域?yàn)椴煌腹鈪^(qū)，用“0”表示；白的區(qū)域?yàn)橥腹鈪^(qū)，用“1”表示，如此，在任意角度都有對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼。碼盤分成四個(gè)碼道，每一條碼道對(duì)應(yīng)一個(gè)光電器件，并沿碼盤的徑向排列。當(dāng)碼盤處于不同角度時(shí)，各光電器件根據(jù)受光與否輸出相應(yīng)的電平信號(hào)，由此產(chǎn)生絕對(duì)位置的二進(jìn)制編碼。
　　不難看出，碼盤的碼道數(shù)就是該碼盤的數(shù)碼位數(shù)，且高位在內(nèi)，低位在外。絕對(duì)編碼器的分辨率取決于二進(jìn)制編碼的位數(shù)，亦即碼道的個(gè)數(shù)。若碼盤的碼道數(shù)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(shù)n越大，所能分辨的最小角度α越小，測(cè)量精度越高。例如一個(gè)10碼道的絕對(duì)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(duì)式編碼器，分辨角度為。

　　圖12.3.1(a)為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制編碼的碼盤，這種編碼方式直接取自二進(jìn)制累進(jìn)過(guò)程，也被稱作8421碼盤。當(dāng)它在兩個(gè)位置的邊緣交替或來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)，由于碼盤制作或光電器件安裝的誤差會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)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(xiàn)1111、1110、1011、0101等數(shù)據(jù)，因此這種碼盤在實(shí)際中很少采用。
　　實(shí)用的絕對(duì)編碼器碼盤常采用二進(jìn)制循環(huán)碼盤(格雷碼盤)，如圖12.3.1(b)所示，它的相鄰數(shù)的編碼只有一位變化，因此就把誤差控制在最小單位內(nèi)，避免了非單值性誤差。格雷碼在本質(zhì)上是一種對(duì)二進(jìn)制的加密處理，每位不再具有固定的權(quán)值，因此必須經(jīng)過(guò)解碼過(guò)程將格雷碼轉(zhuǎn)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(xiàn)。
表12.1給出了4位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼之間的對(duì)照關(guān)系。

表12.1 4位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對(duì)照表

　　光電式絕對(duì)編碼器的優(yōu)點(diǎn)是非接觸，允許高速旋轉(zhuǎn)，即使靜止或關(guān)閉后再打開，也能得到角向位置信息。但是它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、造價(jià)較高，光源壽命短，而且信號(hào)引出線隨著分辨率的提高而增加。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)集成化的絕對(duì)編碼器，它將編碼器與數(shù)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。