本發(fā)明涉及太陽(yáng)能跟蹤、角度控制傳感器、角度測(cè)量和絕對(duì)式編碼器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今科技高速發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)能源的需求從未停止且愈演愈烈，面對(duì)主要化學(xué)能源的枯竭，開(kāi)發(fā)使用新能源是人類(lèi)走向未來(lái)所必須面對(duì)的一大主題。太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能、核聚變能等一系列新型能源成為科研領(lǐng)域不斷深入研究和開(kāi)發(fā)利用的重要能源。而太陽(yáng)能更是地球上許多能源的來(lái)源，甚至可稱其為地球的“萬(wàn)物之源”。因此，如何更好地研究并開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是人類(lèi)科研領(lǐng)域的重要課題。目前，人們收集利用太陽(yáng)能的主要途徑是利用帶有聚焦反光鏡或光伏模塊的收集器進(jìn)行收集太陽(yáng)光中的光能和熱能。實(shí)踐證明，在一天之中，固定不動(dòng)的太陽(yáng)能電池板收集到的太陽(yáng)能要小于它理想的最大值。這是由于太陽(yáng)能電池板的靜止?fàn)顟B(tài)限制了它們能夠接受太陽(yáng)光線的區(qū)域。如果可以讓太陽(yáng)能電池板像向日葵一樣自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，那么它可以收集到更多的太陽(yáng)能源。因此，在收集太陽(yáng)能過(guò)程中，對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤定位是解決太陽(yáng)能收集效率問(wèn)題的必不可少的前提和保障，而作為太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的核心元件，角度控制傳感器的設(shè)計(jì)研究工作必不可少。然而，目前大多數(shù)角度傳感器并不完全符合太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的條件和特點(diǎn)，因此為了給太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)提供可靠的太陽(yáng)方位信息，有必要在了解掌握傳感器測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)符合太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)特點(diǎn)的傳感器。

實(shí)踐證明，太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率和它與太陽(yáng)的相對(duì)角度有很大關(guān)系：當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電的電池板被太陽(yáng)光直射時(shí)，即電池板的感光面和太陽(yáng)光入射線的夾角垂直時(shí)，其發(fā)電量最大，發(fā)電效率最高；當(dāng)太陽(yáng)偏移時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電的電池板和太陽(yáng)光線的夾角會(huì)小于垂直時(shí)的夾角，其發(fā)電量就會(huì)變小，而且，隨著這個(gè)夾角越來(lái)越小，發(fā)電量也越來(lái)越小。因此，要使太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率提高，其重要途徑之一就是使太陽(yáng)能電池板盡可能的實(shí)時(shí)垂直于太陽(yáng)光入射線，而這種使太陽(yáng)能電池板與太陽(yáng)光線實(shí)時(shí)的保持垂直的太陽(yáng)能發(fā)電方式，就是太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電。

為了確定太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光線的相對(duì)角度關(guān)系，太陽(yáng)能角度控制傳感器需要每隔一定時(shí)間，向跟蹤系統(tǒng)輸入太陽(yáng)光線的方位角和高度角的數(shù)據(jù)，使跟蹤系統(tǒng)能夠感知到此時(shí)的太陽(yáng)方位，進(jìn)而調(diào)整太陽(yáng)板方向使其垂直于太陽(yáng)光線。

隨著工業(yè)現(xiàn)代化、軍工、國(guó)防、科研等領(lǐng)域的發(fā)展，除了改進(jìn)絕對(duì)式編碼盤(pán)的原理結(jié)構(gòu)，以達(dá)到增強(qiáng)碼盤(pán)剛度和抗沖擊力的目的，還需要絕對(duì)式編碼器向小型化、智能化的方向發(fā)展。要達(dá)到這個(gè)目的，可以從兩方面進(jìn)行有效改善，即縮小碼盤(pán)與狹縫盤(pán)的徑向尺寸，以及改變碼盤(pán)上的碼道編排方式。但是，碼盤(pán)與狹縫盤(pán)的尺寸縮小后，會(huì)影響碼道區(qū)域的有效寬度。若要保證同等分辨率的情況下，碼道數(shù)量不變，只能減小碼道的寬度，這樣對(duì)減小編碼器尺寸的貢獻(xiàn)很小且容易增大誤差。而若要保證碼道寬度不變，又只能減少碼道數(shù)量，造成編碼器分辨率降低。

編碼盤(pán)是一種得到廣泛應(yīng)用的編碼式數(shù)字傳感器，它把被測(cè)轉(zhuǎn)角直接轉(zhuǎn)換成響應(yīng)代碼的檢測(cè)文件。它將被測(cè)角位移轉(zhuǎn)換為某種形式的數(shù)碼信號(hào)輸出，又被稱為絕對(duì)式編碼盤(pán)或碼盤(pán)式編碼器。它通常采用二進(jìn)制碼編碼方式將角度信息以代碼的形式刻制而成，是由按一定規(guī)律排列的刻線組成，每對(duì)應(yīng)一個(gè)位置有唯一的二進(jìn)制或其它進(jìn)制編碼，因此在不同的位置，可輸出不同的數(shù)字代碼，經(jīng)處理后輸出的角位置代碼是轉(zhuǎn)角的單值函數(shù)。它也可以說(shuō)是一種機(jī)械式A/D編碼器，不同位置的角位移狀態(tài)與編碼盤(pán)輸出的數(shù)字編碼一一對(duì)應(yīng)。它是將整個(gè)圓周分成若干個(gè)扇形區(qū)間，每個(gè)區(qū)間可由不同位數(shù)的碼道，即把若干位排列在同一碼道上，然后用若干個(gè)讀數(shù)頭讀取矩陣編排的電信號(hào)，經(jīng)矩陣一碼處理成二進(jìn)制循環(huán)周期碼。絕對(duì)式編碼盤(pán)具有固定零點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、掉電后再啟動(dòng)無(wú)須重新對(duì)零、無(wú)累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是制造工藝和裝調(diào)復(fù)雜，由于位數(shù)對(duì)應(yīng)于其圈數(shù)，因此位數(shù)越高，尺寸越大，不易實(shí)現(xiàn)小型化。絕對(duì)式編碼盤(pán)有光電式、接觸式、電磁式和電容式四種。

目前使用最多、性價(jià)比最好的編碼盤(pán)是光電式編碼盤(pán)，其中所用到的光電傳感器是一種非接觸式小型電子測(cè)量設(shè)備，依靠檢測(cè)出其接收的光強(qiáng)的變化，來(lái)達(dá)到測(cè)量的目的。由于其具有非接觸、精度高、可靠性好、性能穩(wěn)定、體積小和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的光電絕對(duì)式編碼盤(pán)是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤(pán)上延徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤(pán)上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤(pán)的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件。當(dāng)碼盤(pán)處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。絕對(duì)式編碼盤(pán)是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼盤(pán)的圓盤(pán)上有透光和不透光的線條圖形，絕對(duì)編碼盤(pán)可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤(pán)上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可以采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有n位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤(pán)必須有n條碼道。

光電編碼盤(pán)是絕對(duì)光電式編碼器的核心元件，由刻畫(huà)一定圖案的碼盤(pán)和與之相配合的狹縫盤(pán)組成，碼盤(pán)上的圖案稱為碼道。它是在玻璃或金屬表面的圓環(huán)區(qū)域上可由若干圈均勻分布的透光或不透光相間的柵形緣分度元件。傳統(tǒng)的絕對(duì)式編碼器碼盤(pán)編碼方式采用自然二進(jìn)制碼方式，n位編碼器碼盤(pán)具有n條碼道，需要位數(shù)越高，徑向尺寸越大，抗沖擊性能越差。然而，由于這種結(jié)構(gòu)有多條碼道及過(guò)多過(guò)密的透光狹縫，這種在金屬盤(pán)上進(jìn)行鏤空制作編碼區(qū)的方法，會(huì)導(dǎo)致金屬碼盤(pán)剛度不足而變形，從而導(dǎo)致較大的誤差甚至誤碼，所以傳統(tǒng)的光電編碼器并不具有很好的抗沖擊性的機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，目前現(xiàn)有的金屬盤(pán)編碼器都局限為增量式編碼盤(pán)，極大地限制了其應(yīng)用場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的光電編碼器的金屬盤(pán)上鏤空制作的編碼區(qū)，會(huì)導(dǎo)致金屬碼盤(pán)剛度不足而變形，從而導(dǎo)致較大的誤差甚至誤碼的問(wèn)題，且鏤空結(jié)構(gòu)導(dǎo)致金屬碼盤(pán)的抗沖擊能力差的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種絕對(duì)式方位角光電編碼器。

一種絕對(duì)式方位角光電編碼器，包括處理電路、發(fā)光管、光電二極管、主軸和絕對(duì)編碼盤(pán)，絕對(duì)編碼盤(pán)包括狹縫盤(pán)和金屬碼盤(pán)，且狹縫盤(pán)和金屬碼盤(pán)大小相同，金屬碼盤(pán)的有碼字區(qū)域?yàn)榘枷莼蛲亢诘男问剑?/p>

狹縫盤(pán)和金屬碼盤(pán)平行安裝在主軸上，狹縫盤(pán)和金屬碼盤(pán)間存在軸向工作間隙，金屬碼盤(pán)跟隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，狹縫盤(pán)保持靜止?fàn)顟B(tài)，

處理電路用于給發(fā)光管提供電能，發(fā)光管發(fā)出的光穿過(guò)狹縫盤(pán)上的狹縫入射至金屬碼盤(pán)的碼道上，經(jīng)金屬碼盤(pán)碼道上的無(wú)碼字區(qū)域反射后，反向穿過(guò)狹縫盤(pán)上的狹縫入射至光電二極管，光電二極管對(duì)接收的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，處理電路對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，并譯碼成角度信號(hào)；

所述的絕對(duì)編碼盤(pán)，用于測(cè)量方位角。

所述的金屬碼盤(pán)為方位角碼盤(pán)，狹縫盤(pán)為方位角狹縫盤(pán)；

方位角碼盤(pán)上，由內(nèi)至外依次設(shè)有三圈碼道，依次為第一圈金屬碼道、第二圈金屬碼道和第三圈金屬碼道，并設(shè)定金屬碼盤(pán)以地理正南方向?yàn)?°，角度θ順時(shí)針?lè)较蛑饾u增大至360°，

第一圈金屬碼道：

在0°＜θ＜135°和315°＜θ≤360°區(qū)域內(nèi)，全部為無(wú)碼字區(qū)域；

在135°≤θ≤315°區(qū)域內(nèi)，全部為有碼字區(qū)域；

第二圈金屬碼道：

在0°＜θ＜90°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来味x為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在90°＜θ＜180°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来味x為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在180°＜θ＜270°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来畏謩e定義為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在270°＜θ≤360°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来畏謩e定義為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

第三圈金屬碼道：

在0°＜θ≤360°的區(qū)域內(nèi)，沿順時(shí)針?lè)较蚓鶆蚍指畛?28份相等的扇形區(qū)域，在128份相等的扇形區(qū)域中包括64份有碼字區(qū)域和64份無(wú)碼字區(qū)域，且64份有碼字區(qū)域和64份無(wú)碼字區(qū)域相間排列，沿順時(shí)針?lè)较蛏蠠o(wú)碼字區(qū)域靠近0°；

方位角狹縫盤(pán)由內(nèi)至外依次設(shè)有三圈碼道，依次為第一圈狹縫碼道、第二圈狹縫碼道和第三圈狹縫碼道，并設(shè)定狹縫盤(pán)以地理正南方向?yàn)?°，角度θ順時(shí)針?lè)较蛑饾u增大360°；第一圈狹縫碼道上設(shè)有2個(gè)狹縫，分別為狹縫a₁和狹縫a₂，狹縫a₁位于0°所在的碼道半徑上，狹縫a₂位于90°所在的碼道半徑上；

第二圈狹縫碼道設(shè)有4個(gè)狹縫，分別為狹縫b₁、狹縫b₂、狹縫b₃和狹縫b₄，狹縫b₁位于2.8°所在的碼道半徑上，狹縫b₂位于8.4°所在的碼道半徑上，狹縫b₃位于14.0°所在的碼道半徑上，狹縫b₄位于19.6°所在的碼道半徑上；

第三圈狹縫碼道設(shè)有2個(gè)狹縫，分別為狹縫c1和狹縫c2，狹縫c1位于0°所在的碼道半徑上，狹縫c2位于1.4°所在的碼道半徑上；

金屬碼盤(pán)上的三圈碼道與狹縫盤(pán)上的三圈碼道相對(duì)設(shè)置。

優(yōu)選的，所述的在第二圈金屬碼道和第三圈金屬碼道之間的0°位置設(shè)有一個(gè)校驗(yàn)碼位，該校驗(yàn)碼位為有碼字區(qū)域，該校驗(yàn)碼位用作金屬碼盤(pán)初始位置的檢驗(yàn)和校正。

優(yōu)選的，所述的校驗(yàn)碼位的寬度小于第三圈金屬碼道上矩形碼位寬度的一半。

優(yōu)選的，所述的在第二圈狹縫碼道和第三圈狹縫碼道之間的0°位置設(shè)有狹縫a₀，狹縫a₀的寬度為1°，狹縫a₀用作狹縫盤(pán)初始位置的檢驗(yàn)和校正。

優(yōu)選的，所述的狹縫a₀的寬度大于第三圈狹縫碼道上狹縫的寬度，并小于第二圈狹縫碼道上狹縫的寬度。

優(yōu)選的，所述的狹縫c1和狹縫c2的寬度相同，狹縫b₁、狹縫b₂、狹縫b₃和狹縫b₄的寬度相同，狹縫a₁和狹縫a₂的寬度相同。

優(yōu)選的，所述的第二圈金屬碼道上所有的矩形碼位的寬度相同，且矩形碼位的寬度大于矩形碼位間隙的寬度。

優(yōu)選的，所述的第二圈金屬碼道上矩形碼位的寬度大于第二圈狹縫碼道上狹縫的寬度，第三圈金屬碼道上有碼字區(qū)域的寬度大于第三圈狹縫碼道上狹縫的寬度。

優(yōu)選的，所述的第一圈狹縫碼道、第二圈狹縫碼道和第三圈狹縫碼道上狹縫的寬度依次減小。

原理分析：本發(fā)明絕對(duì)編碼盤(pán)包括金屬碼盤(pán)和狹縫盤(pán)。兩者之間相互平行并保持一定的縫隙，將碼盤(pán)安裝在主軸上，使其隨編碼器主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將狹縫盤(pán)安裝在主體上，使其相對(duì)編碼器主軸固定不動(dòng)，碼盤(pán)與狹縫盤(pán)之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，代表太陽(yáng)能方位角，輸出代碼記錄著碼盤(pán)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移位置。

金屬碼盤(pán)的有碼字區(qū)域?yàn)榘枷莼蛲亢诘男问剑矣写a字區(qū)域?yàn)榉欠瓷鋮^(qū)，無(wú)碼字區(qū)域?yàn)榉瓷鋮^(qū)，當(dāng)金屬碼盤(pán)的三圈碼道分別與狹縫盤(pán)的三圈狹縫相匹配時(shí)，隨著金屬碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，三圈狹縫盤(pán)在遇到碼盤(pán)上相對(duì)應(yīng)的碼道的非反射區(qū)段時(shí)，呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，則有信號(hào)輸出；遇到反射區(qū)段時(shí)，呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，沒(méi)有信號(hào)輸出。利用光電二極管接收信號(hào)，將其分布在狹縫盤(pán)每圈狹縫下對(duì)應(yīng)的位置，然后將所有的光電二極管集成一個(gè)讀數(shù)頭，并把信號(hào)傳輸至處理電路。

本發(fā)明所述的絕對(duì)式方位角光電編碼器，可以通過(guò)8個(gè)光電二極管集成的一個(gè)讀數(shù)頭將測(cè)量的碼字結(jié)果組合在一起，傳輸給處理電路；處理電路接收到方位角碼組后，按照譯碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)為可讀的數(shù)字角度信號(hào)。

傳統(tǒng)的鏤空透光絕對(duì)式編碼器，具體參見(jiàn)圖1，本發(fā)明將傳統(tǒng)的鏤空透光絕對(duì)式編碼盤(pán)設(shè)計(jì)改為光反射式的絕對(duì)編碼盤(pán)，改進(jìn)的編碼盤(pán)結(jié)構(gòu)原理如圖3和圖4所示。

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)仍然由主軸、金屬碼盤(pán)、狹縫盤(pán)、光電發(fā)光管、光電二極管及處理電路組成，金屬碼盤(pán)和狹縫盤(pán)安裝在主軸上，狹縫盤(pán)固定不動(dòng)，金屬碼盤(pán)隨主軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明與傳統(tǒng)光電式編碼器結(jié)構(gòu)不同，本結(jié)構(gòu)主要將原鏤空的碼字部分改為凹陷或涂黑，并對(duì)編碼盤(pán)重新布局，這樣就可以增加金屬碼盤(pán)的剛性強(qiáng)度，同時(shí)更重要的是本結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)、降低制作難度、節(jié)約制作成本。

由于狹縫盤(pán)所需鏤空的狹縫不多，不會(huì)導(dǎo)致其剛性強(qiáng)度過(guò)度降低，所以狹縫盤(pán)的設(shè)計(jì)也可以與傳統(tǒng)的光電式編碼器的狹縫盤(pán)相同。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)的鏤空透光絕對(duì)式編碼器，

圖2為本發(fā)明所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的原理示意圖；

圖3為金屬碼盤(pán)上碼道布局的原理示意圖；

圖4為狹縫盤(pán)上碼道布局的原理示意圖；

圖5為編碼盤(pán)原理示意圖。

圖6為絕對(duì)編碼盤(pán)的初始位置0°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖7為絕對(duì)編碼盤(pán)的初始位置45°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖8為絕對(duì)編碼盤(pán)的初始位置135°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖9為絕對(duì)編碼盤(pán)的初始位置102°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖10為絕對(duì)編碼盤(pán)的初始位置146.8°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見(jiàn)圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器，包括處理電路1、發(fā)光管2、光電二極管3、主軸4和絕對(duì)編碼盤(pán)，其特征在于，絕對(duì)編碼盤(pán)包括狹縫盤(pán)5和金屬碼盤(pán)6，且狹縫盤(pán)5和金屬碼盤(pán)6大小相同，金屬碼盤(pán)6的有碼字區(qū)域?yàn)榘枷莼蛲亢诘男问剑?/p>

狹縫盤(pán)5和金屬碼盤(pán)6平行安裝在主軸4上，狹縫盤(pán)5和金屬碼盤(pán)6間存在軸向工作間隙，金屬碼盤(pán)6跟隨主軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，狹縫盤(pán)5保持靜止?fàn)顟B(tài)，

處理電路1用于給發(fā)光管2提供電能，發(fā)光管2發(fā)出的光穿過(guò)狹縫盤(pán)5上的狹縫入射至金屬碼盤(pán)6的碼道上，經(jīng)金屬碼盤(pán)6碼道上的無(wú)碼字區(qū)域反射后，反向穿過(guò)狹縫盤(pán)5上的狹縫入射至光電二極管3，光電二極管3對(duì)接收的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，處理電路1對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，并譯碼成角度信號(hào)；

所述的絕對(duì)編碼盤(pán)，用于測(cè)量方位角。

本實(shí)施方式中，金屬碼盤(pán)6上包括有碼字區(qū)域和無(wú)碼字區(qū)域。

本發(fā)明絕對(duì)編碼盤(pán)包括金屬碼盤(pán)和狹縫盤(pán)。兩者之間相互平行并保持一定的縫隙，將碼盤(pán)安裝在主軸上，使其隨編碼器主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將狹縫盤(pán)安裝在主體上，使其相對(duì)編碼器主軸固定不動(dòng)，碼盤(pán)與狹縫盤(pán)之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，代表太陽(yáng)能方位角，輸出代碼記錄著碼盤(pán)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移位置。

金屬碼盤(pán)6的有碼字區(qū)域?yàn)榘枷莼蛲亢诘男问?，且有碼字區(qū)域?yàn)榉欠瓷鋮^(qū)，無(wú)碼字區(qū)域?yàn)榉瓷鋮^(qū)，當(dāng)金屬碼盤(pán)的三圈碼道分別與狹縫盤(pán)的三圈狹縫相匹配時(shí)，隨著金屬碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，三圈狹縫盤(pán)在遇到碼盤(pán)上相對(duì)應(yīng)的碼道的非反射區(qū)段時(shí)，呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，則有信號(hào)輸出；遇到反射區(qū)段時(shí)，呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，沒(méi)有信號(hào)輸出。利用光電二極管接收信號(hào)，將其分布在狹縫盤(pán)每圈狹縫下對(duì)應(yīng)的位置，然后將所有的光電二極管集成一個(gè)讀數(shù)頭，并把信號(hào)傳輸至處理電路1。

具體實(shí)施方式二：參見(jiàn)圖3和4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的金屬碼盤(pán)6為方位角碼盤(pán)，狹縫盤(pán)5為方位角狹縫盤(pán)；

方位角碼盤(pán)上，由內(nèi)至外依次設(shè)有三圈碼道，依次為第一圈金屬碼道6-1、第二圈金屬碼道6-2和第三圈金屬碼道6-3，并設(shè)定金屬碼盤(pán)6以地理正南方向?yàn)?°，角度θ順時(shí)針?lè)较蛑饾u增大至360°，

第一圈金屬碼道6-1：

在0°＜θ＜135°和315°＜θ≤360°區(qū)域內(nèi)，全部為無(wú)碼字區(qū)域；

在135°≤θ≤315°區(qū)域內(nèi)，全部為有碼字區(qū)域；

第二圈金屬碼道6-2：

在0°＜θ＜90°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来味x為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在90°＜θ＜180°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来味x為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在180°＜θ＜270°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来畏謩e定義為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

在270°＜θ≤360°的區(qū)域內(nèi)，包括16個(gè)矩形碼位，且16個(gè)矩形碼位在其所在區(qū)域內(nèi)均勻分布，沿順時(shí)針?lè)较蛞来畏謩e定義為第1個(gè)至16個(gè)矩形碼位，且相鄰的兩個(gè)矩形碼位間存在間隙，第5、8、9、11、13、14、15和16個(gè)矩形碼位為有碼字區(qū)域，所有的間隙和第1、2、3、4、6、7、10和12個(gè)矩形碼位為無(wú)碼字區(qū)域；

第三圈金屬碼道6-3：

在0°＜θ≤360°的區(qū)域內(nèi)，沿順時(shí)針?lè)较蚓鶆蚍指畛?28份相等的扇形區(qū)域，在128份相等的扇形區(qū)域中包括64份有碼字區(qū)域和64份無(wú)碼字區(qū)域，且64份有碼字區(qū)域和64份無(wú)碼字區(qū)域相間排列，沿順時(shí)針?lè)较蛏蠠o(wú)碼字區(qū)域靠近0°；

方位角狹縫盤(pán)由內(nèi)至外依次設(shè)有三圈碼道，依次為第一圈狹縫碼道5-1、第二圈狹縫碼道5-2和第三圈狹縫碼道5-3，并設(shè)定狹縫盤(pán)5以地理正南方向?yàn)?°，角度θ順時(shí)針?lè)较蛑饾u增大360°；第一圈狹縫碼道5-1上設(shè)有2個(gè)狹縫，分別為狹縫a₁和狹縫a₂，狹縫a₁位于0°所在的碼道半徑上，狹縫a₂位于90°所在的碼道半徑上；

第二圈狹縫碼道5-2設(shè)有4個(gè)狹縫，分別為狹縫b₁、狹縫b₂、狹縫b₃和狹縫b₄，狹縫b₁位于2.8°所在的碼道半徑上，狹縫b₂位于8.4°所在的碼道半徑上，狹縫b₃位于14.0°所在的碼道半徑上，狹縫b₄位于19.6°所在的碼道半徑上；

第三圈狹縫碼道5-3設(shè)有2個(gè)狹縫，分別為狹縫c1和狹縫c2，狹縫c1位于0°所在的碼道半徑上，狹縫c2位于1.4°所在的碼道半徑上；

金屬碼盤(pán)6上的三圈碼道與狹縫盤(pán)5上的三圈碼道相對(duì)設(shè)置。

本實(shí)施方式，c1在0°位置，c2在1.4°位置，與第一圈狹縫碼道結(jié)構(gòu)不同的是，由于第三圈狹縫碼道的精細(xì)程度較高，第三圈狹縫寬度要比第一圈狹縫窄許多。

本實(shí)施方式，圖3中黑色區(qū)域代表不能將光線反射回光電二極管的有碼字區(qū)域，對(duì)應(yīng)光電二極管讀到的信號(hào)為“1”，其它白色區(qū)域是可以將光線反射回光電二極管的無(wú)碼字區(qū)域，對(duì)應(yīng)光電二極管讀到的信號(hào)為“0”，為確定方位角的具體數(shù)值，我們?cè)O(shè)定碼盤(pán)以地理正南方向?yàn)?°，角度順時(shí)針逐漸增大。在碼盤(pán)上刻劃著三圈碼道，由內(nèi)圈向外圈分別為第一圈、第二圈和第三圈碼道。

綜上所述，匯總得到狹縫盤(pán)5和金屬碼盤(pán)6工作原理示意圖如圖5所示。將金屬碼盤(pán)6上無(wú)碼字區(qū)域看作為“0”信號(hào)，有碼字區(qū)域看作為“1”信號(hào)。則金屬碼盤(pán)6的第一圈碼道每轉(zhuǎn)過(guò)90°，編碼器得到的信號(hào)分別是00、01、11、10的兩位格雷碼；碼盤(pán)的第二圈碼道每轉(zhuǎn)過(guò)5.625°，編碼器得到的信號(hào)分別是0000、0001、0010、0100、1001、0011、0110、1101、1010、0101、1011、0111、1111的四位左移移位碼；碼盤(pán)的第三圈碼道每轉(zhuǎn)過(guò)1.4°，編碼器得到的信號(hào)分別是00、01、11、10的兩位格雷碼。

具體實(shí)施方式三：參見(jiàn)圖3和4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的在第二圈金屬碼道6-2和第三圈金屬碼道6-3之間的0°位置設(shè)有一個(gè)校驗(yàn)碼位，該校驗(yàn)碼位為有碼字區(qū)域，該校驗(yàn)碼位用作金屬碼盤(pán)6初始位置的檢驗(yàn)和校正。

本實(shí)施方式，所述的在第二圈金屬碼道6-2和第三圈金屬碼道6-3之間的0°位置設(shè)有一個(gè)校驗(yàn)碼位，該校驗(yàn)碼位為有碼字區(qū)域，該校驗(yàn)碼位用作金屬碼盤(pán)6初始位置的檢驗(yàn)和校正，在三圈碼道的共同作用下，可以使方位角編碼器讀出達(dá)到精度要求的角度碼字結(jié)果。

具體實(shí)施方式四：參見(jiàn)圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式三所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的校驗(yàn)碼位的寬度小于第三圈金屬碼道6-3上矩形碼位寬度的一半。

本實(shí)施方式，所述的校驗(yàn)碼位的寬度小于第三圈金屬碼道6-3上矩形碼位寬度的一半，保證校驗(yàn)碼位的寬度小于精度寬度，使方位角編碼器在精度要求內(nèi)對(duì)初始位置進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。

具體實(shí)施方式五：參見(jiàn)圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的在第二圈狹縫碼道5-2和第三圈狹縫碼道5-3之間的0°位置設(shè)有狹縫a₀，狹縫a₀的寬度為1°，狹縫a₀用作狹縫盤(pán)5初始位置的檢驗(yàn)和校正。

本實(shí)施方式，在第二圈狹縫碼道5-2和第三圈狹縫碼道5-3中間的0°位置有一條寬度為1°的狹縫a₀，用作狹縫盤(pán)5初始位置的檢驗(yàn)和校正。在三圈狹縫的共同作用下，可以使發(fā)光管發(fā)出的光通過(guò)狹縫盤(pán)，按照狹縫陣列的排布照射在碼盤(pán)上，最后反射光再次通過(guò)狹縫盤(pán)將信號(hào)傳遞給光電二極管，使編碼器讀出達(dá)到精度要求的角度碼字結(jié)果。

具體實(shí)施方式六：參見(jiàn)圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的狹縫a₀的寬度大于第三圈狹縫碼道5-3上狹縫的寬度，并小于第二圈狹縫碼道5-2上狹縫的寬度。

本實(shí)施方式，所述的狹縫a₀的寬度大于第三圈狹縫碼道5-3上狹縫的寬度，并小于第二圈狹縫碼道5-2上狹縫的寬度，使方位角編碼器能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地讀到校驗(yàn)碼信息，使其對(duì)初始位置進(jìn)行正確的檢驗(yàn)和校正。

具體實(shí)施方式七：參見(jiàn)圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的狹縫c1和狹縫c2的寬度相同，狹縫b₁、狹縫b₂、狹縫b₃和狹縫b₄的寬度相同，狹縫a₁和狹縫a₂的寬度相同。

具體實(shí)施方式八：參見(jiàn)圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的第二圈金屬碼道6-2上所有的矩形碼位的寬度相同，且矩形碼位的寬度大于矩形碼位間隙的寬度。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二、七或八所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的第二圈金屬碼道6-2上矩形碼位的寬度大于第二圈狹縫碼道5-2上狹縫的寬度，第三圈金屬碼道6-3上有碼字區(qū)域的寬度大于第三圈狹縫碼道5-3上狹縫的寬度。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的區(qū)別在于，所述的第一圈狹縫碼道5-1、第二圈狹縫碼道5-2和第三圈狹縫碼道5-3上狹縫的寬度依次減小。

驗(yàn)證試驗(yàn)：

本發(fā)明編碼器分別進(jìn)行初始位置0°、兩個(gè)特殊位置45.0°、135.0°以及兩個(gè)一般位置102.5°、146.8°共五次仿真實(shí)驗(yàn)。

初始位置0°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，由圖可以清晰地看出狹縫a₀讀數(shù)為1，其它狹縫均為0，即處理電路1得到的I₁信號(hào)為00000000，因此，可以直接判斷其角度值θ為0°。

特殊位置45.0°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，由圖可知，初始位置檢驗(yàn)狹縫為0，故編碼器處于角度測(cè)量狀態(tài)，其它狹縫有碼字信號(hào)，處理電路1接收到的I₁信號(hào)為01101000，根據(jù)譯碼原理測(cè)量角度區(qū)間為[45.0°,46.4°)，取區(qū)間兩端的平均值得測(cè)量結(jié)果θ為45.7°，結(jié)果在要求精度范圍內(nèi)。

特殊位置135.0°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，由圖可知，初始位置檢驗(yàn)狹縫為0，故編碼器處于角度測(cè)量狀態(tài)，其它狹縫有碼字信號(hào)，處理電路1接收到的I₁信號(hào)為11101000，根據(jù)譯碼推導(dǎo)可知，測(cè)量角度區(qū)間為[135.0°,136.4°)，取區(qū)間兩端的平均值得測(cè)量結(jié)果θ為135.7°，結(jié)果在要求精度范圍內(nèi)。

一般位置102.5°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，由圖可知，初始位置檢驗(yàn)狹縫為0，故傳感器處于角度測(cè)量狀態(tài)，其它狹縫有碼字信號(hào)，處理電路1接收到的I₁信號(hào)為01001000，根據(jù)譯碼推導(dǎo)可知，測(cè)量角度區(qū)間為[101.25°,102.66°)，取區(qū)間兩端的平均值得測(cè)量結(jié)果θ為102.0°，結(jié)果在要求精度范圍內(nèi)。

一般位置146.8°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示，由圖可知，初始位置檢驗(yàn)狹縫為0，故傳感器處于角度測(cè)量狀態(tài)，其它狹縫有碼字信號(hào)，處理電路1接收到的I₁信號(hào)為11101100，根據(jù)譯碼推導(dǎo)可知，測(cè)量角度區(qū)間為[146.25°,147.66°)，取區(qū)間兩端的平均值得測(cè)量結(jié)果θ為147.0°，結(jié)果在要求精度范圍內(nèi)。

上述五次實(shí)驗(yàn)均達(dá)到要求精度，且沒(méi)有出現(xiàn)粗大誤差，因此可以認(rèn)為本發(fā)明所述的一種絕對(duì)式方位角光電編碼器及其絕對(duì)編碼盤(pán)符合設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明所述一種絕對(duì)式方位角光電編碼器的結(jié)構(gòu)不局限于上述各實(shí)施方式所記載的具體結(jié)構(gòu)，還可以是上述各實(shí)施方式所記載的技術(shù)特征的合理組合。