在本發(fā)明涉及光電編碼器技術領域，尤其涉及一種差分式光電編碼器及差分式位置判斷方法。

背景技術：

編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種，非接觸式包括光電編碼器和磁編碼器；目前按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼。

光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由碼盤(又名光柵盤)和光電檢測裝置組成。碼盤是在一定直徑的圓板上加工出若干明暗相間的區(qū)域，通常這些區(qū)域是在碼盤材料上加工出的刻痕（為方便說明無論何種加工方法加工出的明暗區(qū)域以下統(tǒng)稱刻痕），刻痕可以刻通也可以不刻通，這些刻痕組成位于碼道上的光柵。由于碼盤與轉動機構同軸，旋轉時碼盤與轉動機構同速旋轉，經發(fā)光二極管和光敏元件等電子元件和光學器件組成的光電檢測裝置檢測輸出若干脈沖或波形信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)或波形就能反映當前碼盤的轉速等信息。此外，為判斷旋轉方向，光電檢測裝置檢測碼盤時還可提供相位相差90o的兩路脈沖或波形信號。

透射式光電編碼器碼盤含有數(shù)據(jù)碼道，碼道由一系列透明區(qū)和不透明區(qū)交替形成。當光投射到移動中的編碼器碼盤數(shù)據(jù)碼道上時，碼道上的刻痕或刻痕間的區(qū)域將充當一道門，使得一部分光能從縫隙中透過，而阻礙另一部分光透過。編碼器碼盤的這一系列連續(xù)動作會在檢測器中的光電二極管上產生移動陰影（脈沖）。然后，光電二極管將產生輸出或信號。編碼器碼盤用于旋轉運動。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種結構相對簡單的在小范圍的運動中實現(xiàn)絕對位置判斷的一種差分式編碼器和位置判斷方法。

為了實現(xiàn)意思目的，本發(fā)明所采用的技術方案是。

差分式光電編碼器及位置判斷方法方法。

差分式光電編碼器，由光電檢測裝置和碼盤組成，所述碼盤上包括載于碼盤基體上不同直徑的同心圓周上的碼道A、碼道B和碼道C三條碼道，以通過碼道A每一條刻痕的正中心的碼盤半徑線將碼盤分隔成若干扇區(qū)，分隔得到的所有扇區(qū)沒有任何兩個扇區(qū)完全相同。這里的相同是指扇區(qū)形狀及其上所載的刻痕位置和刻痕寬度或形狀的的相同，或者進一步解釋為碼盤以勻速旋轉時光電檢測裝置檢測每個扇區(qū)，任何兩個扇區(qū)分別一個邊緣進入光電檢測裝置到該扇區(qū)另一邊緣離開光電檢測裝置所產生的光電信號或光電波形都不完全相同，碼道A可以在碼道B的外側，碼道B也可以在碼道A的外側，碼道A可以在碼道C的外側，碼道C也可以在碼道A的外側，當選用透射形式的編碼器時，碼盤上的刻痕為透光區(qū)域，沒有刻痕的區(qū)域為非透光區(qū)域。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道A或碼道B為所有刻痕的形狀全等且所有刻痕的間距相等的碼道。等間距是一個易于碼盤加工，也易于光電檢測裝置對位檢測的技術方案，在碼道A的刻痕等形狀等間距，碼道B的刻痕也是等形狀等間距的時候光電檢測部件檢測到的信號更穩(wěn)定兩個碼道檢測到的信號的差異也更容易對比，通常碼盤上的刻痕都是矩形、扇形、圓角矩形和圓角扇形。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道A的刻痕條數(shù)和碼道B的刻痕條數(shù)之差是大于零的非碼道A刻痕條數(shù)的因數(shù)也非碼道b刻痕條數(shù)的因數(shù)的整數(shù)，并且碼道A的刻痕條數(shù)和碼道B的刻痕條數(shù)之差不與碼道A的刻痕條數(shù)或碼道B的刻痕條數(shù)有大于1的公因數(shù)。這樣碼道A和碼道B的刻痕能盡可能少的出現(xiàn)相對位置關系重復，尤其在碼道A和碼道B分別滿足上述刻痕形狀全等和刻痕間距全等的時候上述刻痕條數(shù)差限制能夠保證碼道A和碼道B的刻痕位置關系在碼盤旋轉一周都不出現(xiàn)重復。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道A的刻痕條數(shù)和碼道B的刻痕條數(shù)相差1。這是最簡單易用的差分式編碼方法，因為這時碼道A和碼道B的信號差間距在碼盤旋轉一周的過程中只出現(xiàn)一次周期變化，而且有利于最大化的利用碼盤面積增加刻痕提高解析度。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道A的刻痕條數(shù)和碼道B的刻痕條數(shù)相差2。通常在碼道A的刻痕數(shù)和碼道B的刻痕數(shù)都是奇數(shù)時選擇這種編碼方式。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道C的刻痕條數(shù)為2的整數(shù)倍數(shù)。碼道C將碼盤等分，每次碼道C出現(xiàn)脈沖或波長峰值的時候，對應的碼道A和碼道B呈現(xiàn)出等分后的相位差，更有利于碼盤絕對位置的判斷和校正。

上述的差分式光電編碼器，所述碼道A或碼道B的刻痕條數(shù)大于8。為了區(qū)別只有兩圈的普通二進制方式的靜態(tài)絕對位置編碼器，本發(fā)明的差分式編碼器的目的在于用更少的碼道數(shù)和更簡單的光電檢測裝置在動態(tài)中計算絕對位置，所以本發(fā)明的編碼器的刻痕數(shù)通常會選擇在碼盤尺寸和工藝允許的范圍內做更多的刻痕。

上述的差分式光電編碼器，所述光電檢測裝置為至少含有三路信號采集的光電檢測裝置。因為碼盤有三個碼道，所以光電檢測裝置必須具備三路光電檢測信號采集，這樣才能輸出三路相對的信號。

上述的差分式光電編碼器，所述光電檢測裝置為透射式光電傳感器或是反射式光電傳感器或兩種的組合。透射式光電傳感器光源和光敏器件分別對著碼盤的兩面，反射式光電傳感器的光源和光敏器件對著碼盤的同一面，兩種光電傳感器使用的碼盤也不相同，因為本發(fā)明的差分式光電編碼器的碼盤上有三個碼道，所以可能出現(xiàn)對不同的碼道使用不同光電檢測裝置的情況，這時兩個碼道的刻痕方式也會有所不同。

上述的差分式光電編碼器的位置判斷方法，當碼盤轉動時，所述光電檢測裝置可以得到一組包含檢測碼道A、碼道B和碼道C的三路信號，通過對三個信號的對比和轉動過程中信號的變化對比來計算出碼盤當前的絕對位置角度。這種方法可以在很小的角度運動范圍內通過相對簡單的編碼器結構得到絕對位置，同時可以在運動中不斷的校準絕對位置。

應用差分式編碼器和其位置判斷方法的時候外界處理器應根據(jù)信號判斷碼盤是否以勻速運動，當信號符合勻速運動時碼盤的某一部分通過光電檢測裝置時的數(shù)據(jù)特征時，即可判斷出碼盤的絕對位置，實際應用中可以再配合電機控制信號對是否勻速運動做出輔助判斷，勻速檢測只是檢測算法的一種，實際應用中處理器可以根據(jù)其檢測精度對信號是否符合碼盤某一位置通過光電檢測裝置的特征進行更為復雜精確的判斷運算，尤其當出現(xiàn)多圈旋轉的時候，可以更好的通過實時三路信號驗證碼盤位置，避免信號跳動造成的讀數(shù)誤差，而且差分式編碼器不需要額外增加零位判斷點，而是通過差分信號的變化判斷絕對位置和零位。

當然也可以將處理器集成到差分式編碼器中，這樣編碼器可以直接輸出處理器的到的位置信息。

為了更好的描述本發(fā)明的發(fā)明點，在描述和部分附圖中隱去或省略了殼體和固定連接的各種零件以及穿過碼盤的軸或碼盤固定部件，作為本領域一般技術人員皆可根據(jù)本專利的描述實施的技術方案的非發(fā)明點的部分零件，可以由本領域一般技術人員自行在實施過程中選用和添加，本發(fā)明的敘述中不做描述并不表明本發(fā)明缺乏這些本領域一般技術人員不需要創(chuàng)造性思維或勞動就能自行選用或添加的技術特征，本專利用語中的“或”為邏輯或。

附圖說明

圖1差分式編碼器的一種碼道A和碼道B刻痕條數(shù)差1，碼道C為零位碼道的碼盤示意圖。

圖2差分式編碼器的一種碼道A和碼道B刻痕條數(shù)差2，碼道C為4個相差90度的刻痕的碼盤示意圖。

圖3差分式編碼器的一種碼道A和碼道B刻痕條數(shù)差2，碼道C為4個相差90度的刻痕的碼盤區(qū)域分隔示意圖。

圖4差分式編碼器的一種刻痕條數(shù)相等但是刻痕寬度和間距不相等的示意圖。

圖5差分式編碼器使用透射式光電檢測裝置時碼盤和光電檢測裝置的示意圖。

圖中標記含義如下：1，碼道A；2，碼道B；3，碼道C；4，碼盤；5，光電檢測裝置。

具體實施方式

下面結合附圖對具體實施方式提出示例。

實施例1，如圖2和圖5所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，本實施例選用金屬碼盤，透射式光電檢測裝置，碼盤如圖1所示加工有通孔的碼道A和碼道B和碼道C，碼道A在外側共有20個等間距等寬度的扇形通孔，碼道B在碼道A內側加工有19個等間距等寬度的扇形通孔，碼道C在最內側，加工有4個和等寬度等間距的扇形通孔，選用三路透射式光電傳感器做為光電檢測裝置，碼盤和光電傳感器的位置關系如圖4所示。光電檢測裝置可以得到一組包含碼道A、碼道B和碼道C的三路信號，當碼盤轉動時，碼道A的信號、碼道B的信號和碼道C的信號會產生變化的波形或相位差，當碼道C有波形或脈沖峰值時，碼道A的信號和碼道B的信號相位差分別是0度、90度、180度和270度，本實施例不集成處理器，只是將光電檢測裝置的三路信號輸出。外界處理器可以不斷的判斷所得到的三路信號是否符合碼盤勻速運動的信號特征，當信號符合勻速運動時碼盤的某一部分通過光電檢測裝置時的數(shù)據(jù)特征時，即可判斷出碼盤的絕對位置，勻速檢測只是檢測算法的一種，實際應用中處理器可以根據(jù)其檢測精度對信號是否符合碼盤某一位置通過光電檢測裝置的特征進行更為復雜精確的判斷運算。