[发明专利]一种绝对式矩阵编码器

说明书

技术领域

本发明属于利用传递传感构件输出的测量技术领域，涉及一种用于自动化领域测量旋转角度、旋转速度、直线位移等物理量的传感器件，具体是一种绝对式矩阵编码器。 

技术背景

光电轴角编码器是一种常用的测量长度、角度、速度等物理量的传感器，按编码方式的不同，大体可分为增量式、绝对式和准绝对式光电编码器三大类，其中绝对式光电轴角编码器具有绝对位置计数，精度高，可靠稳定，受外界干扰小等优点。机械工具，汽车制动系统有时需要传感器产生的数字值来指示机械位置。如图1是编码盘和一些触点的概念图，根据盘转的位置，触点产生一个3位二进制编码，共有8个这样的编码。盘中暗的区域与对应的逻辑1的信号源相连；亮的区域没有连接，触点将其解释为逻辑0。使用格雷码对编码盘上的亮暗区域编码，使得其连续的码字之间只有一个数位变化。这样就不会因为器件制造的精确度有限，而使得触点转到边界位置而出现错误编码。 

光电轴角编码器的核心元件是编码盘，包括图2码盘和相匹配的图3所示的狭缝盘，其中码盘与编码器主轴相连接，当主轴转动时，带动码盘同步转动。在码盘的一侧装有光源（红外发光管），在另一侧装有光电接收管，在码盘与光电接收管之间装有狭缝盘。光源发出的光穿过码盘，狭缝，被光电接收管接受。当码盘与狭缝发生相对角位移时，光电信号被调制成强弱变化的电信号，在经放大，整形，译码等技术环节，输出二进制电平码。 

随着工业化和高科技的发展以及军工、科研等领域的需要，对光电轴角编码器小型化的要求越来越迫切。光电轴角编码器小型化的要求，必须使码盘和狭缝盘的径向尺寸缩小或者对码盘的码道设计编排上采用特殊的设计方法，但是，码盘与狭缝的尺寸缩小后，影响码道区域的有效宽度，也就是说，如果要保证同样的分辨率，要么码道数量不变，只能减少码道的宽度，这样对尺寸的减小贡献很小；如果要保证码道宽度不变，只能是减少码道数量，这样会造成编码器分辨率降低。 

图2所示的码盘和图3所示的狭缝盘相匹配构成的矩阵编码盘，只能输出8位码，编码器的测角分辨率只能达到1.40625°。因此，要求码盘的径向尺寸缩小而又不减少编码器的输出位数，就要在码盘的码道布局上采取新的设计方法。 

发明内容

本发明克服了迄今公开的技术存在的缺陷，提高编码器的测角精度，缩小编码器的结构尺寸，解决绝对式编码器小型化的需要，扩大编码器的应用和使用范围，提出了一种新型的绝对式矩阵编码器。 

本发明的目的是这样实现的：一种绝对式矩阵编码器，包括同主轴间隙布置的码盘和狭缝盘及分别位于码盘左侧的光源和位于狭缝盘右侧的光敏元件及与光敏元件相连的信号处理装置，所述的码盘上沿径向刻划有码道，所述的狭缝盘上对应地设置有狭缝，其特征在于：所述的码盘上码道数为3： 

第一圈码道设置有不同的分区，分别为0°～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°四个扇形区域：在0°～90°的区域内，全部为非通光区段；在90°～180°区域内，全部为通光区段；在180°～270°的区域内，有两个通光区段和不两个不通光区段，两者等宽且相间分布，每个通光区段和不通光区段的宽度都为22.5°；在270°～360°区域内，有两个，宽度为22.5°的通光区段，通光区段的宽度为唯一一个非通光区段的一半；第二圈码道为校正码，是在整个圆周上等间距的设有16个通光区段和16个不通光区段，他们宽度为11.25当相间分布，其中一个通光区段，以0°线对称，上下各有5.625°；

第三圈码道均分为四个扇形区域，每个扇形区域的通光区段和不通光区段的设置方式相同；每一宽为90°的扇形区域中，通光区段的段数按2，4，8，16的等比数列梯次分布在每个宽为22.5°的分区域中，同一分区域中的通光区段和不通光区段的相间分布，每两个通光区段间的不通光区段与通光区段的等宽，但首、尾两个通光区段的外侧还各有一个半宽不通光区段，即其宽度为通光区段的一半，以实现通光区段和不通光区段各自的总宽度均等于11.25°。