CN109724519A - 一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，包括发光元件、动尺基体、定尺基体、光电探测器和信号处理电路，动尺基体上有绝对码道和增量码道，绝对码道刻有十进制移位编码，增量码道刻有均匀分布的矩形透光面Ⅰ，发光元件发出的光能形成光强交变的光照区域作用于绝对码道和增量码道；定尺基体上有长条形透光面和四组透光面，按特定空间位置排列；光电探测器的光电测头输出的反映绝对位置的电信号，经处理后得到绝对位置值，四路反映增量位移的光电流信号，经处理后得到增量位移值，将绝对位置值与增量位移值相加，得到绝对直线位移值。本发明能对绝对直线位移进行精密测量，降低图形编码难度、提高测量可靠性。
Description
技术领域
本发明属于精密直线位移测量领域，具体涉及一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器。
背景技术
传统的精密直线位移测量主要是栅式传感器，典型的以光栅、磁栅、容栅等栅式传感器为代表，其共同的特点都是以空间均分的栅线作为测量基准，为了提高测量精度和分辨率，这些栅式传感器采用精密刻线且需要依靠高精度电子细分技术，复杂严苛的刻线工艺和电子细分电路造成传感器的成本高，抗干扰能力差。
在精密直线位移测量领域，近年来国内研制出了一种以时钟脉冲作为位移测量基准的时栅传感器，并在此基础上研制出了一种基于构造运动光场的单排时栅直线位移传感器(公开号为CN104655023A)，这种传感器为增量式位移传感器，不能实现绝对直线位移测量。与增量式相比，绝对式直线位移传感器具有开机无需复位，立刻获得绝对直线位移信息和无累计误差等优势，提高了工作效率和可靠性，因而逐渐成为直线位移传感器的发展趋势。
在现有的绝对式直线位移传感器中，主要采用各类编码来确定其绝对位置，常用的编码方式有：格雷码、距离码编码和单码道绝对式编码等。格雷码是绝对式光电编码器中应用最广的一种编码，它是按照自然二进制码逐位异或得到，任何相邻编码之间只有一位变化，其优点就是不产生粗大误差，可靠性较高，但由于其编码特性，当位数越多，相应码道数越多，导致使用格雷码的传感器不易小型化。距离码编码由相距不同距离的距离码参考标记组成，其优点是刻线简单，除增量码道外只有一个码道，缺点是使用之前要移动一小段距离才能确定绝对位置。在更小型化的传感器上还使用了单码道绝对式编码，这种编码只使用一个码道，所以它的体积更小，但是构造编码的方式比较复杂，尤其是构造高位字长的绝对位置编码。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，以对绝对直线位移进行精密测量，降低图形编码难度、提高测量可靠性。
本发明所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，包括发光元件、动尺基体、定尺基体、光电探测器和信号处理电路，发光元件固定安装在动尺基体后方，定尺基体平行正对且固定安装在动尺基体前方，光电探测器固定安装在定尺基体前方。所述发光元件发出的光能形成光强交变的光照区域，构成光场。
所述动尺基体上并排设有绝对码道和增量码道，增量码道由多个相同的矩形透光面Ⅰ沿测量方向均匀间隔排列构成，一个矩形透光面Ⅰ的宽度等于绝对码道由多个高度相等、宽度为d1的矩形透光面Ⅱ按照十进制移位编码的顺序排列构成，所述十进制移位编码的方式为：如果一个矩形透光面Ⅱ的宽度d1满足W≤d1＜2W，则将该矩形透光面Ⅱ作为一个编码(该编码的宽度等于该矩形透光面Ⅱ的宽度)，如果一个矩形透光面Ⅱ的宽度d1满足d1≥2W，则将该矩形透光面Ⅱ的宽度为d1-W的部分透光面作为一个编码(该编码的宽度等于d1-W)、宽度为W的另一部分透光面作为另一个编码(该编码的宽度等于W)，将绝对码道上的多个所述矩形透光面Ⅱ沿测量方向依次编码，第1个矩形透光面Ⅱ的编码称为1号码，其余矩形透光面Ⅱ的编码沿测量方向依次称为2号码至r号码(即2号码、3号码、4号码、…、r号码)，相邻两奇数号码之间的距离为20W，相邻两偶数号码之间的距离为21W，从1号码开始，每十个奇数号码和十个偶数号码作为一个大组，奇数号码的宽度为W，同一大组内偶数号码的宽度相等且第一个偶数号码与第二个奇数号码间隔9W，第i大组内偶数号码的宽度为其中，W表示传感器的栅距，N表示将一个栅距等分的份数，如果为整数，则如果为小数，则符号int()表示取整运算，i依次取1至N的所有整数；N决定编码的量程。
所述定尺基体上设有与绝对码道正对的长条形透光面和与增量码道正对且结构相同的第一组、第二组、第三组、第四组透光面，第一组、第二组、第三组、第四组透光面的空间相位分别为0°、180°、90°、270°，每组透光面(即第一组、第二组、第三组、第四组透光面)都由k个相同的双正弦形透光面沿测量方向均匀间隔排列构成，一个双正弦形透光面的宽度等于沿测量方向，第二组透光面的起始位置与第一组透光面的起始位置相差第三组透光面的起始位置与第一组透光面的起始位置相差第四组透光面的起始位置与第三组透光面的起始位置相差n1、n2、n3为整数；第一组、第二组、第三组、第四组透光面与增量码道中的矩形透光面Ⅰ的对应关系满足：当第一组透光面中的k个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ完全正对时，第二组透光面中的k个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开第三组透光面中的k个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开第四组透光面中的k个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开长条形透光面沿测量方向的长度大于或等于21W，长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面在垂直于定尺基体的方向上能被光场完全覆盖。优选的，双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形。
所述光电探测器包括测头基体和安装在测头基体上的光电测头，所述光电测头平行正对长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面，能同时接收长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面的全部光通量，并独立输出反映绝对位置的电信号和四路反映增量位移的光电流信号。
动尺基体相对于发光元件、定尺基体、光电探测器移动，光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号输入到信号处理电路中，经处理后得到增量位移值，光电测头输出的反映绝对位置的电信号输入到信号处理电路中，经处理后得到绝对位置值，将绝对位置值与增量位移值相加，得到绝对直线位移值。
所述信号处理电路包括模数转换模块、缓存器和微处理器；所述光电测头输出的反映绝对位置的电信号为与光电测头上21W长度的线性单元的光强值对应的电压信号，该电压信号经模数转换模块转换后存在缓存器内，微处理器通过阈值比较将存在缓存器内的信号编成21位0和1的序列，透光部分编为高电平1，不透光部分编为低电平0，然后利用位置解码算法公式：计算得到绝对位置值xabs；其中，p表示沿光电测头读取方向的第一个高电平以前的低电平编码个数，m表示沿光电测头读取方向的第一个高电平与第二个高电平之间低电平编码个数，n表示沿光电测头读取方向的第二个高电平以后的低电平编码个数，j表示当前所处的大组，1≤j≤i；在21位编码中，如果最宽的高电平的宽度d2满足W≤d2＜2W，则如果最宽的高电平的宽度d2满足d2≥2W，则
所述信号处理电路还包括放大隔离模块和整形电路，所述光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号经放大隔离模块转换为电行波信号Uo，该电行波信号Uo与相位固定的同频参考信号Ur经整形电路分别整形成方波后，送入微处理器进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经标度变换得到增量位移值(即动尺基体相对于定尺基体的直线位移值)。
所述光电测头包括第一光敏阵列和结构相同且分别与第一组、第二组、第三组、第四组透光面正对的第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件(即第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件的结构相同)；第一光敏阵列平行正对长条形透光面，接收长条形透光面的全部光通量，并输出所述反映绝对位置的电信号，第一组光敏元件接收第一组透光面的全部光通量，输出第一路反映增量位移的光电流信号，第二组光敏元件接收第二组透光面的全部光通量，输出第二路反映增量位移的光电流信号，第三组光敏元件接收第三组透光面的全部光通量，输出第三路反映增量位移的光电流信号，第四组光敏元件接收第四组透光面的全部光通量，输出第四路反映增量位移的光电流信号。
优选的，所述第一光敏阵列为图像传感器线阵CCD，所述第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件为光电池。
发光元件可以有两种结构：第一种的发光元件由半导体线光源和半导体面光源构成，半导体线光源由直流电源或者叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成直线光照区域，作用于绝对码道，半导体面光源由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于增量码道；第二种的发光元件为单一的半导体面光源，该半导体面光源由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于绝对码道和增量码道。采用一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动半导体面光源，能保证半导体面光源处于正常工作范围。
动尺基体上的增量码道可以有一排，也可以有两排：如果增量码道只有一排，则该排增量码道可以位于绝对码道上方，也可以位于绝对码道下方。如果增量码道有两排，则其中一排增量码道位于绝对码道上方、另一排增量码道位于绝对码道下方(即绝对码道位于两排增量码道之间)；所述第一组透光面、第二组透光面处于同一排，且与位于绝对码道上方的增量码道正对；第三组透光面、第四组透光面处于同一排，且与位于绝对码道下方的增量码道正对；所述第一组光敏元件、第二组光敏元件处于同一排，且位于第一光敏阵列上方；所述第三组光敏元件、第四组光敏元件处于同一排，且位于第一光敏阵列下方。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
绝对位置编码采用了十进制移位编码方式，发光元件发出的光透过矩形透光面Ⅱ、长条形透光面，经光电测头接收转换为21位含有当前绝对位置信息的编码，该编码经过位置解码算法得到绝对位置值；发光元件发出的光强按正弦规律变化的光照区域，经矩形透光面Ⅰ、双正弦形透光面的空间调制后，由光电测头输出光电流，经放大、隔离后直接转换为电行波信号，以高频时钟脉冲插补，计算得到增量位移值，将绝对位置值与增量位移值相加，得到绝对直线位移值。十进制移位编码与现有编码方式相比，它的编码图形简易，易加工，编码方式简单，测量长度不受码道数限制，更容易实现传感器的小型化；并且十进制移位编码与光场式时栅传感器结合，完成了绝对式位移的测量，具有很高的测量精度，传感器的抗干扰能力强，设计成本低廉，制造工艺简单。
附图说明
图1为实施例1的发光元件、动尺基体、定尺基体、光电探测器的位置关系示意图。
图2为实施例1的动尺基体的结构示意图。
图3为实施例1的定尺基体的结构示意图。
图4为实施例1的光电探测器的结构示意图。
图5为实施例1的动尺基体上十进制移位编码图。
图6为实施例1的信号处理电路原理框图。
图7为实施例1的十进制移位编码j＝2时的部分位置解码图。
图8为实施例2的发光元件、动尺基体、定尺基体、光电探测器的位置关系示意图。
图9为实施例3的发光元件、动尺基体、定尺基体、光电探测器的位置关系示意图。
图10为实施例3的动尺基体的结构示意图。
图11为实施例3的定尺基体的结构示意图。
图12为实施例3的光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
实施例1：如图1至图6所示的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，包括发光元件1、动尺基体2、定尺基体3、光电探测器4和信号处理电路。
动尺基体2采用玻璃作为基体材料，在其上表面覆盖遮光材料，使动尺基体2上留有一排未覆盖遮光材料且沿测量方向均匀间隔0.3mm分布的矩形透光面Ⅰ，形成增量码道22，同时也使动尺基体2上留有一排未覆盖遮光材料且沿测量方向按照十进制移位编码的顺序分布的矩形透光面Ⅱ，形成绝对码道21，增量码道22位于绝对码道21下方，每个矩形透光面Ⅰ的宽度为0.3mm、高度为2.4mm，每个矩形透光面Ⅱ的高度为1.8mm，矩形透光面Ⅱ的宽度为d1；由于动尺基体2的总长度为500mm，则增量码道22上共有833个矩形透光面Ⅰ，绝对码道21上有80个矩形透光面Ⅱ。其中，十进制移位编码的方式为：如果一个矩形透光面Ⅱ的宽度d1满足0.6mm≤d1＜1.2mm，则将该矩形透光面Ⅱ作为一个编码(该编码的宽度等于d1)，如果一个矩形透光面Ⅱ的宽度d1满足d1≥1.2mm，则将该矩形透光面Ⅱ的宽度为d1-0.6mm的部分透光面作为一个编码(该编码的宽度等于d1-0.6mm)、宽度为0.6mm的另一部分透光面作为另一个编码(该编码的宽度等于0.6mm)，将绝对码道21上的80个矩形透光面Ⅱ沿测量方向依次编码，第1个矩形透光面Ⅱ的编码称为1号码，其余矩形透光面Ⅱ的编码沿测量方向依次称为2号码至84号码(即2号码、3号码、4号码、…、84号码)，相邻两奇数号码之间的距离为12mm，相邻两偶数号码之间的距离为12.6mm，传感器的栅距W＝0.6mm，从1号码开始，每10个奇数号码和10个偶数号码作为一个大组，奇数号码(即1号码、3号码、5号码、…、79号码、81号码、83号码)的宽度为0.6mm，同一大组内偶数号码的宽度相等且第一个偶数号码与第二个奇数号码间隔5.4mm，第i大组内偶数号码的宽度为N表示将一个栅距等分的份数，此实施例中N＝5，i依次取1至5的所有整数，则第1大组内偶数号码(即2号码、4号码、…、20号码)的宽度为0.6mm，第2大组内偶数号码(即22号码、24号码、…、40号码)的宽度为0.72mm，第3大组内偶数号码(即42号码、44号码、…、60号码)的宽度为0.84mm，第4大组内偶数号码(即62号码、64号码、…、80号码)的宽度为0.96mm，第5大组内偶数号码(即82号码、84号码)的宽度为1.08mm。
发光元件1固定安装在动尺基体2后方，发光元件1由半导体线光源11和半导体面光源12构成，半导体线光源11安装在半导体面光源12上方，半导体线光源11采用出光形状为线型的发光二极管，由直流电源驱动，发出的光形成直线光照区域，作用于绝对码道21，在绝对码道21上形成的光照区域长度为14mm，半导体面光源12采用出光形状为面型的发光二极管，由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于增量码道22，在增量码道22上形成的光强交变的光照区域长度为7mm。安装时，半导体线光源11形成的光照区域与增量码道22隔开一定距离，避免半导体线光源对半导体面光源光强造成影响。
定尺基体3平行正对固定安装在动尺基体2前方，且留有0.4mm间隙，定尺基体3采用玻璃作为基体材料，在其上表面覆盖遮光材料，使定尺基体3上与绝对码道21正对的位置留有长为14mm、高为1.8mm的未覆盖遮光材料的长条形透光面31，同时也使定尺基体3上与增量码道22正对的位置留有四组未覆盖遮光材料的透光面，即第一组透光面321、第二组透光面322、第三组透光面323、第四组透光面324，第一组、第二组、第三组、第四组透光面都由5个相同的双正弦形透光面沿测量方向均匀间隔0.3mm排列构成，双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形，一个双正弦形透光面的宽度等于0.3mm、高度等于0.9mm。
第一组透光面321的空间相位为0°，第二组透光面322的空间相位为180°、第三组透光面323的空间相位为90°、第四组透光面324的空间相位为270°。第一组透光面321与第二组透光面322处于同一排，第三组透光面323与第四组透光面324处于另一排，沿测量方向，第二组透光面322的起始位置与第一组透光面321的起始位置相差3.3mm，第三组透光面323的起始位置与第一组透光面321的起始位置相差0.15mm，第四组透光面324的起始位置与第三组透光面323的起始位置相差3.3mm，在垂直于测量方向上，第三组透光面323与第一组透光面321相隔0.12mm，第四组透光面324与第二组透光面322相隔0.12mm。第一组、第二组、第三组、第四组透光面与增量码道22中的矩形透光面Ⅰ的对应关系满足：当第一组透光面321中的5个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ完全正对时，第二组透光面322中的5个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开0.3mm，第三组透光面323中的5个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开0.15mm，第四组透光面324中的5个双正弦形透光面与矩形透光面Ⅰ错开0.45mm。长条形透光面31以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面在垂直于定尺基体3的方向上能被光照区域完全覆盖。
光电探测器4固定安装在定尺基体3前方，光电探测器4包括测头基体43和安装在测头基体43上的光电测头，光电测头包括第一光敏阵列41和结构相同且分别与第一组透光面321正对的第一组光敏元件421、与第二组透光面322正对的第二组光敏元件422、与第三组透光面323正对的第三组光敏元件423、与第四组透光面324正对的第四组光敏元件424。第一光敏阵列41为图像传感器线阵CCD，线阵CCD上有2212个有效像元，每个像元宽度为14μm，第一光敏阵列41平行正对长条形透光面31，接收长条形透光面31的全部光通量，并输出反映绝对位置的电信号，第一组光敏元件421为光电池，第一组光敏元件421接收第一组透光面321的全部光通量，输出第一路反映增量位移的光电流信号，第二组光敏元件422为光电池，第二组光敏元件422接收第二组透光面322的全部光通量，输出第二路反映增量位移的光电流信号，第三组光敏元件423为光电池，第三组光敏元件423接收第三组透光面323的全部光通量，输出第三路反映增量位移的光电流信号，第四组光敏元件424为光电池，第四组光敏元件424接收第四组透光面324的全部光通量，输出第四路反映增量位移的光电流信号。
如图6所示，信号处理电路包括模数转换模块、缓存器、放大隔离模块、整形电路和微处理器。
动尺基体2相对于发光元件1、定尺基体3、光电探测器4移动时，动尺基体2上的增量码道22与第一组透光面321、第三组透光面323、第二组透光面322、第四组透光面324的相对透光面积分别为：
其中，A为双正弦形透光面的高度的一半(即0.45mm)，W表示传感器的栅距W＝0.6mm，x表示动尺基体2相对定尺基体3的直线位移值(即增量位移值)。
交变光强信号经增量码道22上的矩形透光面Ⅰ和第一组、第三组、第二组、第四组透光面相对空间位置调制后，在第一组光敏元件421、第三组光敏元件423、第二组光敏元件422、第四组光敏元件424上分别输出的第一路、第三路、第二路、第四路反映增量位移的光电流信号为：
其中，K＝(A·W·Im)/π，Im表示叠加在正弦交流电信号(即激励信号)上的直流偏置，ω表示正弦交流电信号的频率。
第一路、第三路、第二路、第四路反映增量位移的光电流信号I0°、I90°、I180°、I270°经放大隔离模块转换为电行波信号Uo：
该电行波信号Uo与相位固定的同频参考信号Ur经整形电路分别整形成方波后，送入微处理器进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经标度变换得到增量位移值x。
半导体线光源11发出的光线通过绝对码道21上的矩形透光面Ⅱ，再透过长条形透光面31，最后在第一光敏阵列41上输出反映绝对位置的电信号，该电信号为与第一光敏阵列41上12.6mm长度的线性单元(即900((21×0.6×1000)÷14＝900)个像元)的光强值对应的电压信号，该电压信号经模数转换模块转换后存在缓存器内，微处理器按42个或43个像元一组通过阈值比较将存在缓存器内的信号编成21位0和1的序列，透光部分编为高电平1，不透光部分编为低电平0，由于第一光敏阵列读取方向与图1视图方向相反，所以设21位编码中最右边高电平为第一个高电平，从右往左(即沿第一光敏阵列读取方向)依次为第一个高电平、第二个高电平…，以此类推，然后利用位置解码算法公式： 计算得到绝对位置值xabs；其中，p表示第一个高电平以前的低电平编码(即低编码位)个数，m表示第一个高电平与第二个高电平之间低电平编码个数，n表示第二个高电平以后的低电平编码个数，j表示当前所处的大组，1≤j≤i；在21位编码中，如果最宽的高电平的宽度d2满足0.6mm≤d2＜1.2mm，则如果最宽的高电平的宽度d2满足d2≥1.2mm，则
当j＝2时，如图7所示的三种情况代入公式，可以得到①组的绝对位置值为120mm，②组的绝对位置值为138mm，③组的绝对位置值为141mm。
微处理器将绝对位置值xabs与增量位移值x相加得到绝对直线位移置，该绝对直线位移值可以通过串口发送给上位机显示。
实施例2：如图8所示的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其测量原理与实施例1相同，其大部分结构与实施例1相同，不同之处在于：本实施例中，发光元件1为单一的半导体面光源(即只由半导体面光源构成)，该半导体面光源采用出光形状为面型的发光二极管，由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于增量码道22和绝对码道21，在绝对码道21上形成的光强交变的光照区域长度为14mm，在增量码道22上形成的光强交变的光照区域长度为7mm。
实施例3：如图9至图12所示的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其测量原理与实施例1相同，其大部分结构与实施例1相同，不同之处在于：
本实施例中，发光元件1为单一的半导体面光源(即只由半导体面光源构成)，该半导体面光源采用出光形状为面型的发光二极管，由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于增量码道22和绝对码道21，在绝对码道21上形成的光强交变的光照区域长度为14mm，在增量码道22上形成的光强交变的光照区域长度为7mm。
本实施例中，动尺基体2上留有两排未覆盖遮光材料且沿测量方向均匀间隔0.3mm分布的矩形透光面Ⅰ，形成两排相同的增量码道22，其中一排增量码道22位于绝对码道21上方、另一排增量码道22位于绝对码道21下方(即绝对码道21位于两排增量码道22之间)，每个矩形透光面Ⅰ的宽度为0.3mm、高度为1.2mm。定尺基体3上的第一组透光面321、第二组透光面322位于长条形透光面31上方，与位于绝对码道21上方的增量码道22正对，第三组透光面323、第四组透光面324位于长条形透光面31下方，与位于绝对码道21下方的增量码道22正对。光电探测器4上的第一组光敏元件421、第二组光敏元件422位于第一光敏阵列41上方，第三组光敏元件423、第四组光敏元件424位于第一光敏阵列41下方。
Claims (10)
1.一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，包括发光元件(1)、动尺基体(2)、定尺基体(3)、光电探测器(4)和信号处理电路，发光元件(1)固定安装在动尺基体后方，定尺基体(3)平行正对且固定安装在动尺基体前方，光电探测器(4)固定安装在定尺基体前方；其特征在于：
所述发光元件(1)发出的光能形成光强交变的光照区域，构成光场；
所述动尺基体(2)上并排设有绝对码道(21)和增量码道(22)，增量码道(22)由多个相同的矩形透光面Ⅰ沿测量方向均匀间隔排列构成，一个矩形透光面Ⅰ的宽度等于绝对码道(21)由多个高度相等、宽度为d1的矩形透光面Ⅱ按照十进制移位编码的顺序排列构成，所述十进制移位编码的方式为：如果一个矩形透光面Ⅱ满足W≤d1＜2W，则将该矩形透光面Ⅱ作为一个编码，如果一个矩形透光面Ⅱ满足d1≥2W，则将该矩形透光面Ⅱ的宽度为d1-W的部分透光面作为一个编码、宽度为W的另一部分透光面作为另一个编码，将绝对码道上的多个所述矩形透光面Ⅱ沿测量方向依次编码，第1个矩形透光面Ⅱ的编码称为1号码，其余矩形透光面Ⅱ的编码沿测量方向依次称为2号码至r号码，相邻两奇数号码之间的距离为20W，相邻两偶数号码之间的距离为21W，从1号码开始，每十个奇数号码和十个偶数号码作为一个大组，奇数号码的宽度为W，同一大组内偶数号码的宽度相等且第一个偶数号码与第二个奇数号码间隔9W，第i大组内偶数号码的宽度为其中，W表示传感器的栅距，N表示将一个栅距等分的份数，如果为整数，则如果为小数，则符号int()表示取整运算，i依次取1至N的所有整数；
所述定尺基体(3)上设有与绝对码道(21)正对的长条形透光面(31)和与增量码道(22)正对且结构相同的第一组、第二组、第三组、第四组透光面(321、322、323、324)，每组透光面都由k个相同的双正弦形透光面沿测量方向均匀间隔排列构成，一个双正弦形透光面的宽度等于沿测量方向，第二组透光面(322)的起始位置与第一组透光面(321)的起始位置相差第三组透光面(323)的起始位置与第一组透光面(321)的起始位置相差第四组透光面(324)的起始位置与第三组透光面(323)的起始位置相差n1、n2、n3为整数；长条形透光面(31)沿测量方向的长度大于或等于21W，长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面在垂直于定尺基体的方向上能被光场完全覆盖；
所述光电探测器(4)包括测头基体(43)和安装在测头基体上的光电测头，所述光电测头平行正对长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面，能同时接收长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面的全部光通量，并独立输出反映绝对位置的电信号和四路反映增量位移的光电流信号；
动尺基体(2)相对于发光元件(1)、定尺基体(3)、光电探测器(4)移动，光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号输入到信号处理电路中，经处理后得到增量位移值，光电测头输出的反映绝对位置的电信号输入到信号处理电路中，经处理后得到绝对位置值，将绝对位置值与增量位移值相加，得到绝对直线位移值。
2.根据权利要求1所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述信号处理电路包括模数转换模块、缓存器和微处理器；所述光电测头输出的反映绝对位置的电信号为与光电测头上21W长度的线性单元的光强值对应的电压信号，该电压信号经模数转换模块转换后存在缓存器内，微处理器通过阈值比较将存在缓存器内的信号编成21位0和1的序列，透光部分编为高电平1，不透光部分编为低电平0，然后利用位置解码算法公式：计算得到绝对位置值xabs；其中，p表示沿光电测头读取方向的第一个高电平以前的低电平编码个数，m表示沿光电测头读取方向的第一个高电平与第二个高电平之间低电平编码个数，n表示沿光电测头读取方向的第二个高电平以后的低电平编码个数，j表示当前所处的大组，1≤j≤i。
3.根据权利要求2所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述信号处理电路还包括放大隔离模块和整形电路，所述光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号经放大隔离模块转换为电行波信号Uo，该电行波信号Uo与相位固定的同频参考信号Ur经整形电路分别整形成方波后，送入微处理器进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经标度变换得到增量位移值。
4.根据权利要求1至3任一所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述光电测头包括第一光敏阵列(41)和结构相同且分别与第一组、第二组、第三组、第四组透光面(321、322、323、324)正对的第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件(421、422、423、424)；第一光敏阵列(41)平行正对长条形透光面(31)，接收长条形透光面的全部光通量，并输出所述反映绝对位置的电信号，第一组光敏元件(421)接收第一组透光面(321)的全部光通量，输出第一路反映增量位移的光电流信号，第二组光敏元件(422)接收第二组透光面(322)的全部光通量，输出第二路反映增量位移的光电流信号，第三组光敏元件(423)接收第三组透光面(323)的全部光通量，输出第三路反映增量位移的光电流信号，第四组光敏元件(424)接收第四组透光面(324)的全部光通量，输出第四路反映增量位移的光电流信号。
5.根据权利要求4所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述第一光敏阵列(41)为图像传感器线阵CCD，所述第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件(421、422、423、424)为光电池。
6.根据权利要求1至5任一所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述发光元件(1)由半导体线光源(11)和半导体面光源(12)构成，半导体线光源(11)由直流电源或者叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成直线光照区域，作用于绝对码道(21)，半导体面光源(12)由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于增量码道(22)。
7.根据权利要求1至5任一所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述发光元件(1)为单一的半导体面光源，该半导体面光源由叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动，发出的光形成一个光强交变的光照区域，作用于绝对码道(21)和增量码道(22)。
8.根据权利要求6或7所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述增量码道(22)只有一排，该排增量码道(22)位于绝对码道(21)上方或者下方。
9.根据权利要求7所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述增量码道(22)有两排，其中一排增量码道位于绝对码道(21)上方、另一排增量码道位于绝对码道(21)下方；所述第一组透光面(321)、第二组透光面(322)处于同一排，且与位于绝对码道(21)上方的增量码道正对；第三组透光面(323)、第四组透光面(324)处于同一排，且与位于绝对码道(21)下方的增量码道正对；所述第一组光敏元件(421)、第二组光敏元件(422)处于同一排，且位于第一光敏阵列(41)上方；所述第三组光敏元件(423)、第四组光敏元件(424)处于同一排，且位于第一光敏阵列(41)下方。
10.根据权利要求1至9任一所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器，其特征在于：所述双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形。
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