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庫伯勒德國Kubler編碼器編碼方法
閱讀：280 發(fā)布時間：2022-10-17庫伯勒德國Kubler編碼器編碼方法
到這里，我們基本上明白了編碼器的原理：對每一個位置，給定一個的編碼，再用傳感器去識別每個位置的編碼，輸出與之相對應(yīng)的信號，用來表示特定的位置。
如果要獲得更高的分辨率，那么就需要更多的編碼位數(shù)，也就是需要在圓周方向上，刻上更多的特定編碼（這通常都會加大碼盤）。
比如需要17位，也就是2^17=131072個位置，那么就需要131072個不同的編碼，這時的分辨率是360/131072＝0.00275°。
當(dāng)然，并不是每個廠家的編碼方法，都和上面這個例子一樣。有的廠家不在半徑方向上劃分，只在圓周方向上劃分，但是基本理念是一樣的，就是用的編碼表示的位置。
這就是Kubler編碼器的核心思想。
剛剛說完了編碼方法，那么編碼器輸出的波形圖和增量式有什么不同呢？
還是以光學(xué)編碼器為例來說明，一個典型的編碼器輸出波形如下，右圖。
這里使用的是脈沖帶寬調(diào)制（PWM＝Pulse Width Modulation）。
如果在不改變碼盤條件下，還想獲得更高的分辨率，怎么辦？
可以用Interpolation，也就是信號插值。
Kubler旋轉(zhuǎn)編碼器原理是什么？增量式編碼器和編碼器有什么區(qū)別？
插值的含義是什么呢？我理解得也不是很多，但是數(shù)學(xué)上來說，插值就是通過已知的數(shù)據(jù)，去預(yù)測未知的數(shù)據(jù)。
在編碼器應(yīng)用中，因為實際的位置，可能位于黑色刻線和透明窗口之間，插值就可以得到這些位置的值，從而獲得更高的分辨率。
理論上，插值可以獲得無限的分辨率，但是過高的插值也會引入新的問題，例如信號容易受到電噪聲的影響從而降低精度，需要與之相匹配的驅(qū)動和控制器，大量的數(shù)據(jù)處理需要花費更多的時間，需要更快的響應(yīng)等。
目前，我在某供應(yīng)商的產(chǎn)品目錄中，看到高的插值倍數(shù)是20000倍，分辨率達(dá)到0.002arcsec。當(dāng)然，這個碼盤也很大，外徑達(dá)到206mm，一圈的物理周期是32400（也就是32400 Line Count）。
這個碼盤的物理分辨率是：360/32400＝0.01111°，插值后分辨率是：0.01111/20000*3600=0.002arcsec，這里除以3600是單位的換算。這款編碼器安裝后能實現(xiàn)的精度是±1arcsec＝±1/3600°。
Kubler旋轉(zhuǎn)編碼器的原理
這個圖是一個16位編碼器示意圖。整圈被分成了16份，也就是有16個扇區(qū)。
它和增量式編碼器的圖相似，但是又有一點不一樣：在半徑方向上，每一個扇區(qū)又被分成了4份。
LED光從碼盤一側(cè)照射下來，相應(yīng)地，在碼盤另外一側(cè)有一個探測芯片，探測芯片有4個感應(yīng)區(qū)，每個感應(yīng)區(qū)，可以獲取同一個扇區(qū)每一份的狀態(tài)。
透明的窗口，光線穿過去，感應(yīng)區(qū)感應(yīng)到信號，不透明的區(qū)域，光線無法穿過，感應(yīng)區(qū)無法感應(yīng)到。
如果把有感應(yīng)和無感應(yīng)看成是兩種狀態(tài)，分別用1和0表示，那么每一個感應(yīng)區(qū)可以表示2種狀態(tài)。
進(jìn)而，同一個扇區(qū)中這4份（4位），可以表示2^4=16種狀態(tài)，這也是為什么這個碼盤在圓周方向上被分為了16份，其實相當(dāng)于對每一個位置進(jìn)行了編碼，每個編碼對應(yīng)著一個特定的位置。
可能你也想問，能不能在半徑方向分4份，而在圓周方向多分幾份。多分沒有意義，因為半徑方向只有4位，無法表示更多的位置。少分又不能充分利用好感應(yīng)到的狀態(tài)總數(shù)，所以分成2^4＝16份剛剛好。
比如下面這幅圖，從左到右可以分別表示0001, 0101, 1100，用十進(jìn)制表示就是第1, 第5，第12個位置。
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