Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

7.5.2 Kodierte absolute Orts- und Drehwinkel-Sensoren
Bei der Absolutwertmessung wird eine Mehrkanal-Kodierscheibe (Winkel) oder ein
Mehrkanal-Kodierlineal (Weg) verwendet, das in den meisten Fällen optisch ausgewertet
wird. Es kann sich um reflektiertes oder reflektiertes Licht handeln oder im mechanischen
Fall ein Schleiferkontakt sein. Die Mehrkanal-Kodierung erfordert für jeden Kanal einen
separaten Transducer (Abtastsystem), was eine präzise Justierung erforderlich machen
kann. Das Ausgangssignal ist in der Regel binärer Natur (0 oder 1: dunkel oder hell).
Absolut codierte Weg-/Winkelaufnehmer Code-Lineale/Scheiben enthalten die zu
messende Position als codierte Zahl, die demnach statisch ausgelesen werden kann. Die
verwendeten Codes sind Dual = binär, Gray und binär codiertes Dezimalsystem (BCD). Der
Dualmaßstab kann als Staffelung von n Inkremental-Maßstäben mit jeweils verdoppelter
Teilungsweite verstanden werden, wobei das least significant bit (LSB) (2 0 ) die Auflösung,
das most significant bit (MSB) (2 n-1 ) die Eindeutigkeit repräsentiert. Im Gegensatz zum
Dualcode besitzen die einzelnen Spuren im Graycode keine feste Wertigkeit. Dessen
Bildungsgesetz lautet: Beginn wie Dualcode, dann: Bei Wechsel des Zustandes einer
gröberen Bahn werden alle davor liegenden Codewörter gespiegelt wiederholt. Dies führt zu
dem symmetrischen Erscheinungsbild. Der Vorteil dieses Graycodes ist seine
„Einschrittigkeit", d.h. nur eine Bahn wechselt jeweils ihren Zustand, im Gegensatz zum
Dualcode, bei dem z.B. beim Übergang der Zahl 7 zur Zahl 8 die Spuren 2 0 , 2 1 und 2 2 auf
logisch Null fallen, während die Spur mit der Wertigkeit 2 3 auf „high" geht, also alle vier
Spuren schalten. Dies kann bei nicht-exakter Ausrichtung der vier Lichtschranken in der
Nähe des Schaltpunktes zu ganz erheblichen Sprüngen in der Kennlinie führen.
Demgegenüber beträgt der Fehler bei Graycodierung maximal eine Einheit. Offensichtlicher
Nachteil des Graycodes ist das Fehlen einer Bahnwertigkeit; Eine Wertzuweisung muss
also über eine lookup-Tabelle erfolgen, in der einem Auslese-hell-dunkel-muster jeweils ein
Wert zugewiesen ist.
Die etwas aufwendige übliche Behebung des mit seiner Mehrschrittigkeit verbundenen
Problems des Dualcodes zeigt die (redundante) V-Abtastung: Von den alternativen
Schranken Ai und Bi wird die Bi-Schranke ausgewertet, wenn die nächst niedrigere Spur (i-
1) auf logisch Null steht; umgekehrt wird die Schranke Ai verwendet, wenn die
vorhergehende Spurauswertung (i-1) logisch „1" anzeigt. Das seltener vorzufindende BCD-
Lineal eignet sich für numerische Anzeigen.
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