光学编码器是集光、机、电为一体的测量装置,采用一定的编码方式制作的码盘对入射光进行光调制,然后通过光电转换将角度、位移等物理量转换为电信号,接收信号经处理后可得到待测信息,实现位置动态检测和实时控制以及速度、加速度等的测量。由于光学编码器分辨率高、测量范围广、使用可靠、易于维护等优点而被广泛应用于雷达、经纬仪、数控机床、机器人等军工、国防、自动控制诸多领域。相对于增量式光学编码器,由于绝对式编码器能实现绝对位置的实时测量,没有累积误差等诸多特点,因此在许多场合有重要的作用。但是绝对式编码器存在分辨率与尺寸的矛盾,分辨率的提高依赖于圈数的增加。针对这个问题,我们设计了锥形光栅采用衍射的方法在传统绝对式编码的基础上进一步细分,使编码器兼具小型化与高分辨率的要求。本文首先对绝对式编码器现有编码方法和原理进行分析和讨论,主要是格雷码、矩阵码、单圈绝对式码等,总结其优点与不足,为本系统选择合适的粗分方案提供理论依据。在码盘粗分的基础上,创新采用了锥形光栅的理论实现进一步细分。锥形光栅的栅距呈线性周期性变化,在较小的通光范围内可以近似为均匀光栅,衍射条纹反应了当前的位置信息。合理设置光栅参数可以实现很高的分辨率,较传统编码方法高的细分倍率可以有效减小码盘尺寸。本文就锥形光栅实现细分的理论原理、锥形光栅的参数设置、光栅衍射现象的模拟仿真与实验验证等方面做了详细阐述。根据锥形光栅的特点,设计了适合本方案的编码器系统,包括码盘的照明、图像的接收以及数据的处理部分。分析了影响绝对式光学轴角编码器精度的各种因素,并提出具体的改进措施。为实现本细分方案的实用化做了准备。