绝对旋转编码器

绝对旋转编码器

增量式编码器的缺点是启用或加电时要执行回零操作以确定位置参数的起点，而即使是很短时间的停电也会造成位置信息的丢失。而绝对式编码器则没有这样的缺点。

绝对编码器的码盘由多个同心的码道(track)组成，这些码道沿径向顺序具有各自不同的二进制权值。每个码道上按其权值划分为遮光和透光段，分别代表二进制的O和1。与码道个数相同的光电器件分别与各自对应的码道对准并沿码盘的半径直线排列。通过这些光电器件的检测可以产生绝对位置的二进制编码。绝对编码器对于转轴的每个位置均产生唯一的二进制编码，因此可用于确定绝对位置。绝对位置的分辨率取决于二进制编码的位数亦即码道的个数。例如一个10码道的编码器可以产生1024个位置，角度的分辨率为21，6”。目前绝对编码器已可以做到有17个码道。

可以图12.5中的4位绝对码盘来说明旋转绝对编码器的工作原理。图中左边的码盘采用标准二进制编码，其优点是可以直接用于进行绝对位置的换算。但是这种码盘在实际中很少采用，因为其在两个位置的边缘交替或来回摆动时，由于码盘制作或光电器件排列的误差常会产生编码数据的大幅度跳动，导致位置显示和控制的失常。例如在位置0111与1000的交界处，可能会出现1111、1110、1011、0101等数据。因此绝对编码器一般采用图12.5中右边的又称为格雷码的循环二进制码盘。

格雷编码的特点是相邻两个数据之间只有一位数据的变化，因此在测量过程中不会产生数据大幅度跳动即通常所称的不确定或模糊现象。格雷码在本质上是一种对二进制的加密处理，其每位不再具有固定的权值，必须经过一个解码过程转换为二进制码，然后才能得到位置信息。这个解码过程可通过硬件解码器或软件来实现。格雷码和二进制的关系及其特点可概括如下：

(1)两者的最高有效位相等。

(2)格雷码中除最高位外，其他各位以总数的1/2对称。

(3)两种编码除最高位以外其他各位的关系由下式计算

di=di+1+di'(i=n,n-1,n-2,…,3,2,1)

其中di为二进制编码中某一位的代码，di'为同一位的格雷码代码，而di+l为二进制的高一位代码，+表示不考虑进位的一位加法。

表12.2列出了4位二进制码与格雷码对照表

绝对编码器的优点是即使处于静止或关闭后再打开，均可得到位置信息。但是其缺点是结构复杂，造价较高。此外其信号引出线随着分辨率的提高而增多。例如18位的绝对编码器的输出至少需要19根信号线。而增量编码器不论分辨率如何，只需要4根信号引出线。

随着集成电路技术的发展，已经有可能将检测机构与信号处理电路、解码电路乃至通信接口组合在一起，形成数字化、智能化或网络化的位置传感器。例如已有集成化的绝对编码器产品将检测机构与数字处理电路集成在一起，其输出信号线数量减少为只有数根，可以是分辨率为12位的模拟信号，也可以是串行数据。