光電式絕對編碼器

光電式絕對編碼器的碼盤如圖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制編碼。碼盤分成四個碼道，每一條碼道對應一個光電器件，并沿碼盤的徑向排列。當碼盤處于不同角度時，各光電器件根據受光與否輸出相應的電平信號，由此產生絕對位置的二進制編碼。
　　不難看出，碼盤的碼道數就是該碼盤的數碼位數，且高位在內，低位在外。絕對編碼器的分辨率取決于二進制編碼的位數，亦即碼道的個數。若碼盤的碼道數為n，則所能分辨的最小角度為
　　　　　　（12.3.1）
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10碼道的絕對編碼器可以產生210（1024）個位置，能分辨的最小角度為21′6″，目前已可以制作18個碼道的絕對式編碼器，分辨角度為。

　　圖12.3.1(a)為標準二進制編碼的碼盤，這種編碼方式直接取自二進制累進過程，也被稱作8421碼盤。當它在兩個位置的邊緣交替或來回擺動時，由于碼盤制作或光電器件安裝的誤差會導致讀數失誤，產生非單值性誤差。例如，在位置0111與1000的交界處，可能會出現1111、1110、1011、0101等數據，因此這種碼盤在實際中很少采用。
　　實用的絕對編碼器碼盤常采用二進制循環碼盤(格雷碼盤)，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。格雷碼在本質上是一種對二進制的加密處理，每位不再具有固定的權值，因此必須經過解碼過程將格雷碼轉換為二進制碼，然后才能得到位置信息。解碼過程可通過硬件解碼器或軟件來實現。
表12.1給出了4位二進制碼與循環碼之間的對照關系。

表12.1 4位二進制碼與循環碼對照表

　　光電式絕對編碼器的優點是非接觸，允許高速旋轉，即使靜止或關閉后再打開，也能得到角向位置信息。但是它的結構較為復雜、造價較高，光源壽命短，而且信號引出線隨著分辨率的提高而增加。隨著大規模集成電路技術的發展，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。如果進一步采用光學分解技術，可獲得更高的分辨率。