Zuletzt wollen wir noch auf drei wichtige Methoden der Winkelmessung eingehen, wie sie in entsprechenden Winkelsensoren zur Anwendung kommen. Beim in Bild 103 links skizzierten potentiometrischen Verfahren, schleift ein z.B. über eine Drehwelle verbundener Schleifkontakt über einen kreisförmig angebrachten Widerstandsbelag, dessen ohmscher Widerstand R sich proportional mit dem Drehwinkel α ändert. Dieses Verfahren ist i.d.R. am günstigsten und auch relativ robust.

Bild 103: Winkelsensoren

Höher aufgelöste Messungen lassen sich mit dem im Bild in der Mitte aufgeführtem kapazitiven Prinzip durchführen. Hier werden zwei gegenüber liegende Kondensatorplatten mit gemeinsamer Achse gegenseitig verdreht, so dass sich die effektiv wirksame Kapazitätsfläche entsprechend verändert. Je nach geometrischer Gestaltung ist der Zusammenhang auch hier linear.

Das letztgezeigte Verfahren in Bild 103 stellt einen sog. Winkelencoder (auch „Drehgeber“ genannt) dar. Bei ihm befindet sich im Sensorgehäuse eine Scheibe mit darauf aufgebrachten optischen Spuren. Jede Spur wird durch eine zugeordnete optische Abtasteinrichtung bzgl. ihrer binären Information (logisch „0“ oder „1“) ausgelesen. Bei Drehbewegung ändern sich entsprechend auch die so gewonnenen Bitkombinationen. Man unterscheidet die etwas günstigeren inkrementalen Winkelencoder von den absoluten.

Erstere weisen im einfachsten Fall eine einzige, sehr fein strukturierte Spur auf, auf der sich abwechselnd „0“- und „1“-Felder befinden. Diese werden von zwei Abtasteinrichtungen, die um ein Viertel einer Feldlänge versetzt sind, abgetastet. Aus einem Vergleich der zwei Abtastsignale kann dann außer einem rein inkrementellen Zählimpuls auch die Drehrichtung abgeleitet werden. Zusammen mit einem entsprechenden Zähler entspricht der Zählerstand der Winkelposition. Typische heute eingesetzte inkrementale Encoder weisen bis zu etwa 5.000 „1“-Felder – man spricht auch von „Strichen“ – auf, was einer Winkelauflösung von 4,32´ entspricht.

Bei absoluten Encodern wird über n konzentrische Spuren ein der aktuellen Winkelposition entsprechendes Digitalwort ausgegeben. n ist die Auflösung des Encoders in Bit. Ein 12 Bit-Encoder könnte folglich 212 = 4.096 Positionen codieren, was eine Winkelauflösung von ca. 5,27´ bedeutet.

Nach zu diesen Winkelencodern identischen Verfahren arbeiten Längenencoder, bei denen statt der Scheibe eine Linearrasterung verwendet wird und die Relativverschiebung zwischen dieser und der Abtasteinrichtungen ausgewertet wird. Inkrementelle Winkelencoder für Umgebungen, die eine sehr robuste Ausführung benötigen, werden auch mit induktiver Abtastung der Zähne eines Zahnrads realisiert, was aber nur deutlich geringere Auflösungen erlaubt.

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