如何判斷絕對值編碼器的真假？

目前市場上商家宣稱的“絕對值多圈編碼器”，其實(shí)有多種內(nèi)部原理，其中有兩種事實(shí)上并不是完整的全行程絕對值編碼。需要了解它們使用的局限性，在哪些場合是不可以使用的。



公眾號 《智造商》麥總發(fā)了一篇文章《幾種不同類型的絕對值編碼器》，我在文后留言了，該文中介紹的有兩種不是“絕對值編碼器”，一種是有計(jì)數(shù)器+電池記憶的，另一種是有計(jì)數(shù)器+韋根脈沖微能量記憶的，這兩種編碼器出廠時(shí)內(nèi)部的絕對值編碼并不完整，其編碼僅僅是單圈絕對值編碼，而多圈是依賴用戶使用后計(jì)數(shù)器對圈數(shù)累加，而獲得更多的增量圈數(shù)位置編碼，并記憶保存的，那顯然是增量式原理了。

嚴(yán)肅講這種內(nèi)部有計(jì)數(shù)器+記憶的方式，是“偽絕對多圈編碼器”技術(shù)，我們也稱之為“電子多圈”技術(shù)。這個(gè)問題在市場上還有很多爭議，賣這些電子多圈編碼器的很多都是進(jìn)口品牌，與全行程真絕對值編碼的多圈絕對值編碼器比較，在標(biāo)識上幾乎沒有區(qū)別，混在一起銷售了，很多用戶由于對進(jìn)口品牌的信任，而并不清楚其中的在多圈編碼上是否絕對值編碼的“真”“偽”，而它們因其內(nèi)部原理的不同，使用的場合也是不相同，如果用戶不清楚而不當(dāng)使用，將會造成不必要的損失。另外，電子多圈編碼器相較于齒輪箱真絕對值多圈編碼器的成本更低，如果不加以區(qū)分不給用戶有知情權(quán)，混在一起銷售，那是一種不公平的不正當(dāng)競爭。

另一方面，由于電子多圈計(jì)數(shù)器加記憶型的編碼器，相較于機(jī)械齒輪箱式的真絕對值多圈編碼器而言，少了齒輪箱傳感器組，成本低，體積小，作為小型伺服電機(jī)上的編碼器應(yīng)用，仍然還是受到了不少用戶的認(rèn)可，尤其是在小型日系伺服電機(jī)幾乎都是這種電子多圈編碼器。一年來不斷有網(wǎng)友也想了解這兩種技術(shù)，或者開發(fā)這兩類電子多圈產(chǎn)品，來問我這兩種編碼器的原理與它們之間的比較，哪個(gè)會好一點(diǎn)？在今年上海電子展上和上海工博會上，也有芯片模塊廠家和編碼器生產(chǎn)廠家都同時(shí)展示了這兩種不同方式的電子多圈編碼器，我也跟參展的廠家作了一些交流。大家也都在議論，電池記憶的與韋根脈沖微能量記憶的，究竟哪個(gè)稍好一點(diǎn)呢？

絕對值編碼的定義與意義

1.完整的全行程預(yù)先編碼的唯一性

編碼器內(nèi)部編碼已預(yù)先有大數(shù)據(jù)編碼，在整個(gè)規(guī)定的測量行程中，每一個(gè)位置是唯一性的編碼，在使用后不會再產(chǎn)生新的編碼。

2.與歷史無關(guān)

與時(shí)間軸無關(guān)，無需計(jì)數(shù)過程，任何時(shí)間讀取或者不讀取都可以根據(jù)數(shù)據(jù)下游指令，可直接一次輸出與時(shí)間軸無關(guān)的編碼大數(shù)據(jù)。

3.最大的容錯性

無計(jì)數(shù)過程，無記憶與再讀取過程，也就是意味著無需考慮計(jì)數(shù)起始點(diǎn)、停電、以及停電后是否再有移動，也無需擔(dān)憂在任何時(shí)候的干擾，干擾后是否還能恢復(fù)到真實(shí)的編碼角度信息輸出——所有的編碼預(yù)先編好了，不會再產(chǎn)生新的編碼，只與編碼器轉(zhuǎn)軸運(yùn)動位置有關(guān)（與是否斷電無關(guān)），外部的干擾也無法改變原始編碼值。

計(jì)數(shù)器的電子多圈編碼器技術(shù)

1.一種單圈絕對值編碼，多圈增量計(jì)數(shù)。在360度范圍內(nèi)是絕對值的，超過360度后回零，并以計(jì)數(shù)器的增減來增加多圈編碼器的編碼。也就是多圈數(shù)據(jù)原始編碼沒有，而是從寄存器里調(diào)取并在使用時(shí)通過`計(jì)數(shù)器獲得新的編碼。

2.以時(shí)鐘表盤舉例，這種電子多圈編碼器只有一根表針，當(dāng)經(jīng)過12點(diǎn)后就回零，在經(jīng)過12時(shí)，數(shù)值一下子從最大到最小，電子計(jì)數(shù)器根據(jù)前后兩次讀取的數(shù)值比較（歷史關(guān)系比較），由大突變?yōu)樾。ㄏ陆笛兀?，邏輯判斷圈?shù)增加了1；數(shù)值的由小突變?yōu)榇螅ㄉ仙兀壿嬇袛嗳?shù)減少了1。計(jì)數(shù)器寄存。

3.由于我們已經(jīng)清楚，本文題目上這兩種偽絕對值多圈屬于“電子多圈”計(jì)數(shù)器性質(zhì)，不符合上面的第1與第2條,因而不能稱為“絕對值編碼”，我把它們稱為“偽絕對值”。

下面我們對這兩種電子多圈技術(shù)的比較,重點(diǎn)將是在”容錯性” 上的比較。

電池記憶電子多圈絕對值編碼器技術(shù)的原理及容錯性

在《您買了假絕對值編碼器嗎？您的知情權(quán)被忽視了嗎？——扒一扒偽絕對編碼器》一文中，我已有對電池記憶原理的電子多圈有表述?？苫仡^點(diǎn)擊讀取該文。

這里重點(diǎn)講講零點(diǎn)分界線、電池記憶技術(shù)的電源低功耗管理與電池能量計(jì)算。

1.讀數(shù)的可靠性問題

電池記憶多圈技術(shù)主要是光學(xué)單圈絕對值碼盤，通過兩次先后的讀取，判斷是否過零點(diǎn)分界線。這里光學(xué)碼盤的零點(diǎn)刻線是穩(wěn)定的，分界線清晰的，關(guān)鍵是在過零點(diǎn)分界線前的最后一次讀數(shù)的可靠性，和過零點(diǎn)分界線后的第一次讀數(shù)的可靠性，依賴于這兩次讀數(shù)的邏輯關(guān)系，而判斷多圈的圈數(shù)是增還是減，或者不變。零點(diǎn)分界線的穩(wěn)定清晰，兩次讀取的讀數(shù)準(zhǔn)確性，成了這種計(jì)數(shù)器容錯性的最大考量。當(dāng)突然斷電時(shí)或者有較大的干擾時(shí)，編碼器的位置正好在零點(diǎn)位置及附近時(shí)，兩次讀數(shù)比較會產(chǎn)生反向抖動，這個(gè)問題就會比較突出。

2.能量管理問題

斷電后，單圈光學(xué)碼盤的讀取可靠，需要有穩(wěn)定的電池電源給光源供電，給感應(yīng)傳感器供電，而長時(shí)間的斷電待機(jī)狀態(tài)下，備用電池的電能很快就會耗盡。因此，這種技術(shù)需要有低功耗電源分配管理技術(shù)，既要保證光源與傳感器的供電穩(wěn)定，又要保持電池能量節(jié)約以維持長時(shí)間待機(jī)，往往采取一種間隙式供電策略。供電時(shí)間占空比、供電啟動與暫停所帶來的電源波動對光源與傳感器讀取的影響，供電工作占空比與待機(jī)時(shí)間的權(quán)衡，外部電源供電與內(nèi)部電池供電的切換時(shí)對光源與傳感器讀取的影響，等等。例如突然的斷電，或者開機(jī)通電時(shí)的電源管理，是否會因供電的抖動，在零點(diǎn)分界線附近的讀數(shù)反向抖動，易造成過零點(diǎn)分界線的計(jì)圈判斷的失敗。

3.對電池能量的計(jì)算

對長時(shí)間待機(jī)或者電池壽命將盡時(shí)，對電池能量需作計(jì)算判斷，以報(bào)警提示需要更換電池，以及因供電能量的不足而可能讀取并計(jì)圈的失敗。

4.電池本身的問題

在編碼器內(nèi)部的電池因容量較小，待機(jī)時(shí)間有限。而引線到外部的電池，容量雖然大了，但是引線接插件等故障可能性增加，對于抗振動環(huán)境有影響。電池的溫度范圍——不可逆性失效與可逆性供電不穩(wěn)定。從目前的資料看，儲存與工作溫度不得大于100℃（不可逆失效），可逆性高低溫參數(shù)（供電不穩(wěn)定）沒有看到資料描述。

從大部分電池低溫性能較差判斷，不適于戶外場合。尤其是，不適于較長斷電待機(jī)且戶外（無空調(diào)）的場合，例如水閘開度、起重與港口機(jī)械、工程機(jī)械、風(fēng)電與太陽能（戶外場合）等等，應(yīng)該避免使用。

日系編碼器廠家確實(shí)也說明了，這類編碼器適用于小型伺服電機(jī)、小型機(jī)械手臂和機(jī)器人。而沒有指明可在較大型設(shè)備上以及有高低移動下沉、有位能變化的位置閉環(huán)場合下適用。

韋根脈沖微能量記憶多圈技術(shù)的原理及容錯性

韋根脈沖微能量記憶的原理，在《您買了假絕對值編碼器嗎？您的知情權(quán)被忽視了嗎？——扒一扒偽絕對編碼器》（點(diǎn)擊讀?。┮晃闹幸灿斜硎?，這里不再啰嗦。

重點(diǎn)講講磁電式編碼器的零點(diǎn)位置模糊性，韋根自發(fā)電能量大小的不確定性，韋根微能量儲量的不確定性。

1.磁場零點(diǎn)不確定性：磁電式單圈絕對值編碼器與光學(xué)編碼器比，磁場零點(diǎn)位置分界線是模糊的，而且更糟糕的是還不穩(wěn)定。例如編碼器內(nèi)部及印制板上的電氣元器件的磁化、退磁，灰塵金屬屑的對空間電磁場分布的擾動，外部電磁場的擾動等，在通電狀態(tài)下，可以有四個(gè)正交的磁電感應(yīng)器做差分共模干擾消除，但是在斷電狀態(tài)下，僅依賴于2個(gè)韋根感應(yīng)器對過零點(diǎn)的感應(yīng)判斷，一旦停在磁場零點(diǎn)附近，磁場反向擾動時(shí)過零點(diǎn)計(jì)圈的邏輯判斷在低功耗狀態(tài)下的準(zhǔn)確性令人生疑。

2.韋根自發(fā)電電流及能量的不確定性：根據(jù)能量守恒定律，停電后韋根絲發(fā)電的能量來之于編碼器轉(zhuǎn)軸的動能，停電后轉(zhuǎn)軸速度動能是未知的，并不確定的，長時(shí)間待機(jī)后計(jì)數(shù)器能量是僅僅就靠韋根自發(fā)電，還是依賴于前面存儲的能量，如果是存儲的能量能待機(jī)維持多久？這種斷電后的自發(fā)電電流與能量儲備是不確定的，韋根廠家沒有給答案。

3.斷電后在磁場零點(diǎn)附近的輕微抖動，動能極為有限，每次抖動因此轉(zhuǎn)換的韋根微發(fā)電能量究竟是否能夠正好達(dá)到計(jì)數(shù)器工作？如果依賴存儲能量在長期停電待機(jī)后，能夠保持維持多久？

4.與電池供電不同，韋根微能量是否能足夠保證正確計(jì)數(shù)，以及計(jì)數(shù)器如果有錯如何判斷、檢出并報(bào)警？在這一點(diǎn)上韋根做得還不如電池，如果已經(jīng)是錯誤的數(shù)據(jù)了，使用者卻無法知道這是錯誤數(shù)據(jù)，而且因?yàn)樾麄魃纤恰皼]有電池的，絕對值的”，用戶出于對絕對值編碼器的信任，會繼續(xù)使用錯誤的數(shù)據(jù)，而有可能造成事故發(fā)生概率。對這樣的問題，韋根編碼器廠家以模糊的“專利技術(shù)”搪塞，而從未做正面回答。韋根專利技術(shù)的哪些受保護(hù)內(nèi)容、保護(hù)期限、哪些已是公開技術(shù)無需專利，均未在資料上見到。

5.新的據(jù)稱EMC已經(jīng)成熟的韋根編碼器入市時(shí)間較短，數(shù)量累計(jì)還不夠多，問題雖已有少量暴露，但還沒有引起足夠的警惕性。據(jù)市場未經(jīng)證實(shí)的反饋意見，韋根多圈編碼器在交貨時(shí)，中國市場上因進(jìn)口編碼器出廠經(jīng)運(yùn)輸及中間環(huán)節(jié)，以及中國市場很多項(xiàng)目周期長，中間的斷電待機(jī)時(shí)間較長，大約有不到1%左右的數(shù)量編碼器在使用時(shí)已發(fā)現(xiàn)有計(jì)圈錯誤，而需更換。

由于有較多的未知不確定性，不建議韋根電子多圈編碼器用在對于可靠性要求高的場合，需要評估因數(shù)據(jù)失敗去現(xiàn)場檢查并更換編碼器，所帶來的損失有多大。

尤其是，不適于較長斷電待機(jī)且戶外（無空調(diào)）的場合，例如水閘開度、起重與港口機(jī)械、工程機(jī)械、風(fēng)電與太陽能（戶外場合）等等，應(yīng)該避免使用。

令人擔(dān)憂的是，由于韋根電子多圈編碼器沒有電池，在中國市場上宣傳的含糊性，常常與機(jī)械齒輪箱式的真絕對值多圈編碼器混在了一起銷售，而難以區(qū)分。有的商家在絕對值多圈編碼器上竟然有三種可能性難以向用戶明示區(qū)分：光學(xué)式的齒輪箱多圈絕對值編碼器（溫度范圍85度）、光學(xué)式的齒輪箱多圈編碼器（溫度范圍70度，相當(dāng)于二等品，在戶外無空調(diào)環(huán)境下不可用）、磁電式的韋根電子多圈編碼器（在有上下位能變化場合下不可用），這三種同時(shí)有在銷售，用戶在采購時(shí)是否清楚究竟買的是哪一種？是否在自己使用的場合適用。

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