如何判斷絕對(duì)值編碼器的真假？

目前市場上商家宣稱的“絕對(duì)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(duì)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(hào) 《智造商》麥總發(fā)了一篇文章《幾種不同類型的絕對(duì)值編碼器》，我在文后留言了，該文中介紹的有兩種不是“絕對(duì)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(duì)值編碼并不完整，其編碼僅僅是單圈絕對(duì)值編碼，而多圈是依賴用戶使用后計(jì)數(shù)器對(duì)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(duì)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(duì)值編碼的多圈絕對(duì)值編碼器比較，在標(biāo)識(shí)上幾乎沒有區(qū)別，混在一起銷售了，很多用戶由于對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(huì)好一點(diǎn)？在今年上海電子展上和上海工博會(huì)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(duì)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(huì)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(cuò)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(dòng)，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(huì)再產(chǎn)生新的編碼，只與編碼器轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)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(duì)值編碼，多圈增量計(jì)數(shù)。在360度范圍內(nèi)是絕對(duì)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壿嬇袛嗳?shù)增加了1；數(shù)值的由小突變?yōu)榇螅ㄉ仙兀?，邏輯判斷圈?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(duì)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(duì)值編碼”，我把它們稱為“偽絕對(duì)值”。

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

電池記憶電子多圈絕對(duì)值編碼器技術(shù)的原理及容錯(cuò)性

在《您買了假絕對(duì)值編碼器嗎？您的知情權(quán)被忽視了嗎？——扒一扒偽絕對(duì)編碼器》一文中，我已有對(duì)電池記憶原理的電子多圈有表述。可回頭點(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(duì)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(cuò)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(huì)產(chǎn)生反向抖動(dòng)，這個(gè)問題就會(huì)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(huì)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(dòng)與暫停所帶來的電源波動(dòng)對(duì)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(duì)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(huì)因供電的抖動(dòng)，在零點(diǎn)分界線附近的讀數(shù)反向抖動(dòng)，易造成過零點(diǎn)分界線的計(jì)圈判斷的失敗。

3.對(duì)電池能量的計(jì)算

對(duì)長時(shí)間待機(jī)或者電池壽命將盡時(shí)，對(duì)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(duì)于抗振動(dòng)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(chǔ)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(dòng)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(cuò)性

韋根脈沖微能量記憶的原理，在《您買了假絕對(duì)值編碼器嗎？您的知情權(quán)被忽視了嗎？——扒一扒偽絕對(duì)編碼器》（點(diǎn)擊讀?。┮晃闹幸灿斜硎觯@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(chǔ)量的不確定性。

1.磁場零點(diǎn)不確定性：磁電式單圈絕對(duì)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(duì)空間電磁場分布的擾動(dòng)，外部電磁場的擾動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)能，停電后轉(zhuǎn)軸速度動(dòng)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(chǔ)的能量，如果是存儲(chǔ)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(chǔ)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(dòng)，動(dòng)能極為有限，每次抖動(dòng)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(chǔ)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(cuò)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(cuò)誤的數(shù)據(jù)了，使用者卻無法知道這是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，而且因?yàn)樾麄魃纤恰皼]有電池的，絕對(duì)值的”，用戶出于對(duì)絕對(duì)值編碼器的信任，會(huì)繼續(xù)使用錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而有可能造成事故發(fā)生概率。對(duì)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(cuò)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(duì)于可靠性要求高的場合，需要評(píng)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(duì)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(duì)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(duì)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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