机械（钟表）式多圈绝对编码器原理【转载】 点击：6765 | 回复：38
传统的绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。
绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
单圈绝对值编码
多圈绝对值编码器
旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。
如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。
编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。
多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多， 这样在安装时不必要费劲找零点， 将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。
【转载自：深圳市正负科技有限公司网页】
大家好！我一直在关注对绝对编码器的发展动向。近年来我申请了一个《阵列式绝对编码器》的专利（ZL03109729.0)，不久就可拿到中国专利局的发明专利证书。新专利完全不同于传统的多码道绝对编码器，工作原理极简单，一句话就点破。大家都知道线阵CCD吧？我的《阵列式绝对编码器》就是把线阵CCD弯成一个圆环，而且首尾衔接。这不就是单圈的绝对编码器吗？现在CCD的象元间距约5微米，CMOS更小才1点几微米。如果用集成电路工艺，把阵列感光元件及其读出处理电路都做在一个芯片上，其效果必然是：结构简单，尺寸小，工作可靠，抗冲击震动，量产后的成本极低。所以我乐观的估计，它有可能最终将传统的多码道编码器淘汰出局－－－－我的想法是否太天真了？希望听到批评指正。
至于绝对编码器超过一圈以后如何记数的问题，我认为可以用光电计数。在码盘边上做一个缺口，转一圈记一个数。如果关机后记忆电池要求耗电极小，建议用磁阻传感器，这些国内都有了。
波恩兄，谢谢回复。其实我只关注单圈绝对值编码器本身的问题。至于多圈记数是因为看到论坛里的讨论临时发表点意见。我认为从逻辑上的统一性来说，既然单圈是用格雷码记数，多圈自然也应当用格雷码记数（其中加几个齿轮只是必要的技术手段）。但这只是理论上的完美，实际上真能“不依赖于前次历史的直接读数”吗？试问如果众多的光源和接收元件中，或者是数据处理电路中出现故障，必须把编码器拆下来修。修好后再装上去，所有“前次历史的直接读数”恐怕只剩下理论意义了。因此如果从实际出发，采用光电多圈记数（适当辅以多圈的机械零点对准标记，防止万一光电记数丢失后的复位），也是合理的选择。这两种方法恐怕无法脱离其应用环境而孤立地比较优劣，“存在即合理”，它们必定各自有其最适用的场合。
线阵CCD的成本可以做到很低，但环形CCD就工艺而言属于面阵，这样的成本楼上评估过吗？ 而且单圈绝对式编码器在技术上也出现了单一码道的伪随机循环序列码，多码道的格雷码已不再一统天下。 楼上如果有兴趣研究研究可用于单一码道的伪随机循环序列码则一定会在绝对编码器技术方面有所收益。尤其是用于超长范围（3米以上）的精密直线光栅绝对位置检测。
至于钟表齿轮式多圈绝对编码器，这是业内的应用标准，所谓不依赖于历史计数值，当然是在一次安装之后有意义，否则编码器轴相对于检测目标轴的机械位置都跑了，还何谈绝对位置，至于这类编码器的可靠性如何，那就可能只能咨询国际上可供应此类编码器的厂商了。国内除了“@Q”的企业，尚未见到更多可自主开发此类多圈绝对式编码器的企业。
欧美厂商采用真多圈绝对编码器的原因可能还受制于严苛的安全法规，其实就连日本的大隈等机床企业在伺服电机上也长期采用真多圈绝对编码器，而不是日系通用伺服普遍采用的伪多圈。
参考5楼Kübler公司多圈绝对编码器用于多圈计数的钟表式齿轮组照片，有3个透明的计数齿轮，每个计数齿轮上有5圈格雷码码道，可提供4位有效位的多圈计数，即每个计数齿轮可以计16圈，三个计数齿轮所计圈数乘起来就是16*16*16=4096圈，即提供12位多圈计数。
图中算编码器轴，共有10个齿轮，其中有1个金属齿轮，位于编码器轴上，2个惰轮（被遮挡），7个双联齿轮，每个双联齿轮上的齿轮一大一小。各齿轮的传动关系为：
第1级双联齿轮上部的大齿轮与编码器金属轴上的齿轮啮合，传动比可能是1：1
第1级双联齿轮下部（被遮挡）的小齿轮与第2级双联齿轮下部的大齿轮啮合，第2级双联齿轮上部的小齿轮与第3级双联齿轮上部的透明大齿轮啮合，该齿轮为第一级计数齿轮，与编码器轴齿轮的减速比为16:1；
第3级双联齿轮下部的小齿轮与1个惰轮（被遮挡）啮合，惰轮与第4级双联齿轮下部的大齿轮啮合，第4级双联齿轮上部的小齿轮与第5级双联齿轮上部的透明大齿轮啮合，该齿轮为第二级计数齿轮，与第一级计数齿轮的减速比也为16:1，与编码器轴齿轮的减速比为16:1*16:1=256:1；
第5级双联齿轮下部的小齿轮与另1个惰轮（被遮挡）啮合，惰轮与第6级双联齿轮下部的大齿轮啮合，第6级双联齿轮上部的小齿轮与第7级双联齿轮上部的透明大齿轮啮合，该齿轮为第三级计数齿轮，与第二级计数齿轮的减速比也为16:1，与编码器轴齿轮的减速比为16:1*16:1*16:1=4096:1。
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