編碼盤

編碼盤或編碼尺是一種通過直接編碼進行測量的元件，它直接把被測轉角或直線位移轉換成相應的代碼，指示其絕對位置。這種測量方式沒有積累誤差，電源切除后位置信息也不丟失。

編碼盤的工作原理

編碼盤或編碼尺是一種按一定的編碼形式，如二進制編碼，二—十進制編碼、格萊碼或余三碼等，將一個圓盤或直尺分成若干等分，并利用電子、光電或電磁器件，把代表被測位移量大小的各等分上的編碼轉換成便于應用的其他二進制表達方式的測量裝置。下面以接觸式編碼盤為例說明其工作原理。
圖4-24是一個4位二進制編碼盤，圖中涂黑部分是絕緣的。碼盤的外4圈按導電為“1”、絕緣為“0”組成二進制碼。通常，我們把組成編碼的各圈稱為碼道。對應4個碼道并排安裝有4個電刷，電刷經電阻接到電源正極。編碼盤的最里一圈是公用的，與4個碼道上的導電部分連在一起，而與絕緣部分斷開，該圈接到電源的負極(地)。編碼盤的轉軸與被測對象連在一起(如機床絲杠)，編碼盤的電刷則裝在一個不隨被測對象一起運動的部件(如機床本體)上。當被測對象帶動編碼盤一起轉動時，根據與電刷串聯的電阻上有無電流流過，可用相應的二進制代碼表示。如圖4-24(b)所示，若編碼盤沿順時針方向轉動，就可依次得到0000，0001，0100，…，1111的二進制輸出。
用圖示二進制代碼做的編碼盤，由于編碼盤制作方面的誤差以及由于電刷的安裝不準確，有誤差，個別電刷微小地偏離其設計位置，將造成很大的測量誤差。

圖 4-24 編碼盤

圖4-25四位二進制編碼盤展開圖
圖4-25是圖4-24的4位二進制編碼盤的展開圖。當電刷在圖4-25(a)所示位置時，該讀數應是由1011向1100過渡。
若各電刷嚴格保持在一條直線上且編碼盤制作無誤差，讀數也就無誤差；若電刷安裝不準或編碼盤制作有誤差，如電刷安裝位置如圖4-25(b)中白色所示，則讀數可能會由1011先到1000，再到1100。類似于這種情況，對于4位二進制編碼盤，由于電刷錯位會產生從0(0000)到15(1111)之間的讀數誤差，一般稱這種誤差為“非單值性誤差”。消除這種誤差有兩種方法。一種方法是采用雙電刷，即在編碼盤的不同位置上分別安裝一組電刷，并且當一組電刷位于過渡線上時，另一組電刷一定位于兩個過渡線中間。這樣，根據兩組電刷的空間位置和測得的編碼值進行比較判斷，可推算出正確的測量值。另一種方法是采用特殊代碼即循環碼。圖4-26表示的是一個4位二進制循環碼的光電

圖4-25二進制循環編碼盤
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編碼盤，循環碼是無權碼，其特點為相鄰兩個代碼間只有一位數變化，即“0”變為“1”或“1”變為“0”，這樣，由于電刷安裝不準確而產生的誤差最多不超過一個編碼單位，故誤差大大減小。4位二進制編碼盤的一個編碼單位所對應的角度為360°／16=22.5°。

編碼盤的種類
從結構上講，編碼盤有接觸式、電磁式和光電式等類型。
接觸式編碼盤的優點是簡單，體積小，輸出信號強，不需放大；缺點是存在電刷的磨損問題，故壽命短，轉速不能太高(幾十轉／分)，而且精度受到最高位(最內圈上)分段寬度的限制。目前，電刷最小寬度可做到0.1mm左右。最高位每段寬度可達0.25mm，最多可做到位二進制(一般9位)。如果要求位數更多的話，可用兩個編碼盤構成組合碼盤。例如，用兩個6位編碼盤組合起來，其中一個作精測，一個作粗測，精盤轉一圈，粗盤最低位剛好移過一格。這樣就可得到和11位或12位相當的編碼盤。既達到了擴大位數、提高精度的目的，又避免了分段寬度小所造成的困難。
光電編碼盤是目前用得較多的一種。該編碼盤由透明與不透明區域構成。轉動時，由光電元件接收相應的編碼信號。其優點是沒有接觸磨損，編碼盤壽命長，允許轉速高，而且最內層每片寬度可做得更小，因而精度較高。單個編碼盤可做到18位二進制數，組合編碼盤可達22位。缺點是結構復雜，價格高，光源壽命短。
電磁式編碼盤是在導磁性較好的軟鐵或坡莫合金圓盤上，用腐蝕的方法做成相應碼制的凹凸圖形。當有磁通穿過編碼盤時，由于圓盤凹下去的地方磁導小，凸起的地方磁導大，其在磁感應線圈上產生的感應電勢因此而不同，因而可區分“0”和“1”，達到測量轉角的目的。電磁式編碼盤也是一種無接觸式的編碼盤，具有壽命長、轉速高等優點。其精度可達到很高(達20位左右的二進制數)，是一種有發展前途的直接編碼式測量元件。