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了解编码器的基本理论

文章出处:德伍拓 责任编辑:admin 人气:24 发表时间:2021-01-06 16:02 【   

码盘是个薄的圆盘。按其所用码制可分为二进制码、循环码(格雷码)、十进制码、六十进(度、分、秒进制)制码等。

下图所示是一个6位的二进制码盘。


6位的二进制码盘

最内圈称为C6码道,一半透光,一半不透光。最外圈称为C1码道,一共分成26=64个黑白间隔。每一个角度方位对应于不同的编码器。例如,零位对应于000000(全黑),第23个方位对应于010111。测量时,只要根据码盘的起始和终止位置就可确定转角,与转动的中间过程无关。

二进制码码盘具有以下主要特点:

n位(n个码道)的二进制码码盘具有2n种不同编码,称其容量为2n,其最小分辨力θ1=360/2n它的最外圈角节距为2θ1

②二进制码为有权码,编码CnCn-1Ci对应于由零位算起的转角为

③码盘转动中,Ck变化时,所有Cjjk)应同时变化。

为了使二进制码盘达到1n左右的分辨力,需要采用2021位码盘。一个刻划直径为400mm20位码盘,其外圈分划间隔为1μm。不仅要求各个码道刻划精确,而且要求彼此对准,这给码盘制作造成了很大困难。

由于二进制码盘微小的制作误差,只要有一个码道提前或延后改变,就可能造成输出的粗误差。究其原因,是因为当某一较高位的数码改变时,所有比它低的各位的数码应同时改变。若由于刻划误差等原因,某一较高位提前或延后改变,二进制码是有权码,就会引起粗误差。采用其他有权码编码器时,也存在类似问题。下图(a)所示是一个4位二进制码盘展开图。当读数狭缝处于AA位置时,正确读数为0111,为十进制数7。若码道04黑区做得太短,就会误读为1111,为十进制数15。反之,若C4的黑区太长,当狭缝处于A'A'时,就会将1000读为0000。在这两种情况下都将产生粗误差。

为了消除粗误差,可以采用双读数头法,或者用循环码代替二进制码。下图(b)是采用双读数头消除粗误差的示意图。这里有两个狭缝AA和以及相对应的两组光电元件。各个码道上AABB的间距可以不一样,但不能超过该码道分划间隔的一半。最低位码道C1只按AA读数,其余各位按比它低一位码道的读数值而定。若Ci-1的读数为1Ci码道按AA读数,反之若Ci-1读数为0,则Ci位按BB读数。其逻辑关系可以用下图(c)所示电路实现。这样,当刻划误差小于相应码道AA与间距时,可以避免粗误差。这种方法的缺点是读数头的个数需增加一倍,码道很多时光电元件安放位置也有困难。

  图 二进制码盘的粗误差及用双读数头消除粗误差

下图所示是一个6位的循环码码盘。

6位循环码码盘

循环码码盘具有以下特点:

n位循环码码盘与二进制码一样,具有2n种不同编码,最小分辨力为θ1=360°/2n。最内圈称为Rn码道,也与二进制码一样一半透光,一半不透光。其他第i码道相当于二进制码码盘第i+1码道向零位方向转过θ1角。它的最外圈亿码道的角节距为4θ1

②循环码码盘具有轴对称性,其和为(2n1)的两个数,其最高位相反,而其余各位相同。

③循环码为无权码。

④循环码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。由于这一原因,使得循环码码盘获得了广泛的应用。

下图所示是一个十进制码盘。

十进制码盘

这里有8个码道,但只有2位。该码盘里面四圈为高位,外面四圈为低位,共有102个不同编码,最小分辨力为360°/102==3.6°。编码方法实质上是二-十进制。十进制数0〜9对应为二进制码0000〜1010。

十进制码的容量小,8个码道采用二进制码或循环码可以有256个编码,这里只有100个编码。二-十进制也是有权码,也会产生粗误差,所以应有纠错措施。由于它无太多的优点,目前使用较少。


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