光電式絕對(duì)編碼器
光電式絕對(duì)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(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(pán)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(pán)的徑向排列。當(dāng)碼盤(pán)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(pán)的碼道數(shù)就是該碼盤(pán)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(pán)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 4位光電式絕對(duì)編碼器
圖12.3.1(a)為標(biāo)準(zhǔn)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,也被稱作8421碼盤(pán)。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(pán)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(pán)在實(shí)際中很少采用。
實(shí)用的絕對(duì)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(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
十進(jìn)制數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制碼 | 格雷碼 | 十進(jìn)制數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制碼 | 格雷碼 |
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(kāi),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。
評(píng)論