绝对式光电编码器基本构造及特点.pdf

绝对式光电编码器基本构造及特点 用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电 或故障停车后无法找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对式光电编 码器可以避免上述缺点。绝对式光电编码器的基本原理及组成部件与增 量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器 件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器 用不同的数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字 量的传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条上由透光 和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上 的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对 应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受 光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是 不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数 字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分 辨率的编码器，其码盘必须有 N 条码道。绝对式光电编码器原理如图1-8 所示。 绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十 进制等方式进行光电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不 同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干 编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是：可以直接 读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失； 编码器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。绝对 式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等 方式进行光电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处 在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干编码， 根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是：可以直接读出角 度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失；编码 器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。 绝对式光电编码器 图1-8 绝对式光电编码器原理 1.3.2 码制与码盘 绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：二进制码、循环 码（格雷码）、十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。四 位二元码盘（二进制、格雷码）如图1-9 所示。图中黑、白色分别表示 透光、不透光区域。 图 1-9 四位二元码盘 图 1-9 （a）是一个四位二进制码盘，它的最里圈码道为第一码道，半圈 透光半圈不透光， 对应于最高位 C1，最外圈为第n 码道，共分成2n 个亮暗间隔，对应于 最低位 Cn，n 位二元 码盘最小分辨率为： 二进制马盘的缺点是：每个码道的黑白分界线总有一半与相邻内圈码道 的黑白分界线是对齐的，这样就会因黑白分界线刻画不精确造成粗误差。 采用其他的有权编码时也存在类似的问题。图1-10 是一个四位二进制 码盘展开图，图中 aa 为最高位码道黑白分界线的理想位置，它与其他 三位码道的黑白分界线正好对齐，当码盘转动，光束扫过这一区域时， 输出数码从0111 变为1000 不会出现错误。如果 C1 道黑白分界线刻偏 到 a’a’，当码盘转动时，输出数码就会从0111 变为1111 再变到1000， 中途出现了错误数码1111。反之C1 道黑白分界线刻偏到 a’’a’’，当 码盘转动时，输出数码就会从0111 变为0000 再变到1000，中途出现了错 误数码0000。为了消除这种粗误差，可以采用循环码盘（格雷码盘）。 图 1-9 （b）是一个四位循环码盘，它与二进制码盘相同的是，码道数也 等于数码位数，因此最小分辨率也是式（1-2）求得，最内圈也是半圈 透光半圈不透光，对应 R1 位，最外圈是第 n 码道对于 Rn 位。与二进制 码盘不同的是：第二码道也是一半透光一半不透光，第 i 码道分为2i-1 个黑白间隔，第 i 码道的黑白分界线与第 i-1 码道的黑白分界线错开 360° / 2i。 循环码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化。只要适当限制各 码道的制作误差和安装误差，就不会产生粗误差。由于这一原理，使得 循环码盘获得广泛的应用。 1.3.3 二进制码与循环码的转换 绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行 光电转换的，编码的设计一般是采用自然二进制码、循环二进制码、二 进制补码等。特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定 的与位置相对应的数字码；抗干扰能力强，没用累积误差；电源切断后 位置信息不