關于機械式絕對值真多圈編碼器與電子式編碼器的問答

上海精浦機電有限公司 (@Q)

 

1，什么叫絕對值

“絕對值”是指測量的位置值不依賴于前次測量計數累加的，對于測量原點的絕對的位置值。

其不同于“相對值”，相對值是相對于前次測量位置的一個相對移動的位置值，而“絕對值”每一次正常測量與任何其他測量關系無關，所以叫“絕對”。

 

2，什么叫絕對值編碼

絕對值編碼是指在測量器件（傳感器）內部，在測量量程范圍內，所有的機械位置已經預先與機械位置原點有唯一的對應關系的絕對編碼，任何時候的測量不需要依賴前次測量的歷史。即使不移動，也可以直接輸出唯一的絕對編碼。

絕對值編碼的根本，第一是不依賴于移動和前次歷史比較即可獲得完整的位置信息，且每一個位置是唯一的，第二是與前次讀數（包括各種記憶方式）無關，內部不需經過計數器累加比較。不移動位置、不需要知道前次讀數位置即可測量并輸出唯一的信號值。

 

3，“絕對式”與“絕對值編碼”有什么不同

根本的不同是“絕對式”名稱是側重于測量接收設備，相對于外部原點位置的“絕對式”位置輸出模式，而“絕對值編碼”是側重于測量傳感器內部的編碼形式，在其量程范圍內部對于原點位置的所有位置唯一“絕對編碼”。作為《編碼器》應以內部編碼讀取的原理方式決定其名稱方式。

實際上依賴于計數的，無論是內部電池記憶，還是外部電池，甚至是低功耗的威根特效應計數，都是“計數”的，就不能再稱為“絕對值編碼”了，只能相對于測量接收設備的“絕對式”。

 

4，什么是絕對值單圈編碼器？

在360度測量范圍內，其每一個輸出位置的數據編碼在360度單圈內是絕對且唯一的，無需依賴轉動及前次數據而獲得位置信息。在旋轉超過360度后，數據又循環從0開始。

例如上海精浦（GEMPLE）的GAS60系列單圈編碼器

 

光學式多碼道絕對值單圈編碼器碼盤形式

單圈絕對值編碼器的位數是以2的N次方位數來表示其分辨位置編碼，8位就有256個編碼位置，10位是1024，12位4096，13位8192，14位16384，16位65536，目前最高位數的是德國海德漢的25位單圈絕對值編碼器。

 

5，什么叫絕對值多圈編碼器

絕對值多圈編碼器，就是在其測量范圍內，不僅僅在單圈360度內有“絕對值編碼”，而且在超過360度后仍然有不依賴于計數器的多圈數值的唯一絕對編碼。其一般與鐘表式的分針、時針原理相似。

多圈絕對值編碼器是以單圈多少位X多圈多少位的方式表示其分辨率和測量圈數行程，多圈常用的是4096圈，少量可以達到16384圈、65536圈（16位），GMX425系列的絕對值多圈編碼器常規的可以達到12位4096圈，特殊需要的可以達到16384圈和65536圈。

 

例如精浦（GEMPLE）的GAX60系列的絕對值多圈編碼器，如下圖的機械式絕對值真多圈編碼器

 

                鐘表齒輪式絕對值多圈編碼器

 

6，什么是電子式“絕對式”？

電子式的“絕對式”雖然能夠向外提供的數據也是以絕對值相同的形式輸出的，但其內部并不是每一個位置的預先絕對編碼，它是依賴于編碼器的旋轉運動以及前次讀數的記憶保存相比較，獲得的位置信息，類似于磁帶錄音機或激光CD，必須磁帶旋轉或光碟旋轉，才能組織采集到完整信息再輸出，這種需要“動起來”或“動一小部分”才能獲得類似絕對式信息輸出的，稱為“動態”數據掃描絕對式，而有一些依賴于電池、超級電容記憶數據，或者較為先進的低或無功耗威根特效應讀數并用電容寄存讀數，這類不需要動起來也能輸出記憶的位置信息的方式，稱為“靜態”電子式絕對式。

無論是“靜態”的還是“動態”的電子式“絕對式”，都已經不是內部絕對值編碼的方式獲得的位置信息，所以應該不能叫“絕對值編碼器”。編碼器的名稱，應該由其內部的編碼及讀取的方式原理決定，而不是僅僅看輸出信號相類似。

 

7，“電子式絕對式”編碼器與“真絕對值編碼”的編碼器比較會有什么問題？

電子式絕對式編碼器內部的工作原理是依賴于運動起來讀數加上前次記憶數據相比較，獲得的位置信息，這樣與“真絕對值編碼”器比較，就會有這三部分出錯可能性：

首先是運動起來的讀數計數累計，這個部分可能會受到各種內部及外部電氣環境干擾因素的影響或器件小概率失效因素的影響而讀錯，它與絕對值編碼不同，絕對值編碼由于位置信息始終存在，即使一次性小概率讀數失效，并不影響下次的讀數準確性。而電子式的通過讀數計數可能出現的失效，可以影響到下一次的讀數累計，這種錯誤無法區隔判斷，并在時間上和各個位置上的信息輸出延續下去；而在斷電以后的讀數，是依賴于電池、電容供電，或威根特效應極小的發電能量存儲供電，因所供電能有限，其抗干擾性更差，并讀數頻次低，當快速旋轉編碼器或外部有很大的干擾影響下，很有可能來不及計數累加或受干擾而出現讀數錯誤，并累加延續。

 

其二，在于累加計數的記憶體，這種記憶體因電能有限，或因記憶能量型元器件的問題，例如電池的失電后、電容及威根特效應存儲的的容量有限性、存儲數據的電容的被干擾耦合數據失真，存儲數據再次采集的數據失真、電池的低溫失效，電池的高溫爆炸、記憶能量體和數據記憶體的壽命，等等各種因素都會影響到其記憶數據及再次采集是否可能失真失效。

 

其三，在于速度響應有限并數據的再處理解碼輸出，由于是依賴于運動起來的讀數及內部寄存數據的比較兩部分數據的整合解碼，在速度響應方面有限，進位同步處理、快速運動讀取及處理、干擾影響等各種因素的情況下，兩組數據的再處理解碼及輸出，仍然存在出錯的可能，而且這種出錯一樣是不同于真正絕對編碼的，其一旦出錯無法判斷（或需要再以輔助傳感器比較判斷），而在時間上及位置上錯誤一直延續。

 

綜上所述，電子式絕對式編碼器，從原理上因為它不是每一個位置絕對編碼的，一旦出錯，會影響到下一次讀數且延續到以后的讀數準確性，而這種出錯的可能性始終存在，只是在概率上的大小，以體現生產廠家的技術水平。從原理上講，它不是“絕對值編碼”的編碼器。它的應用應極小心的避開因出錯而會造成更大損失的場合，例如安全性監控。

 

8，什么是鐘表齒輪式絕對值多圈編碼器？

旋轉單圈絕對值編碼器，以轉動中測量光碼盤各碼道刻線，以獲取唯一的一組編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

真實多圈絕對值編碼器：編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，增加了一組機械齒輪組碼盤，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組齒輪碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的方式與機械鐘表的秒、分、時相像，也稱為絕對編碼器就稱為鐘表齒輪式絕對值多圈編碼器，這種真實多圈絕對值編碼器，對于多圈的數值，同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。

 

9，什么是電子式多圈“絕對編碼器”？

單圈碼盤選用了絕對值的原理，例如光學多碼道的絕對值單圈或磁電式絕對值單圈編碼器，而多圈測量用電子計數累加、寄存的方式，稱為“電子式多圈絕對值編碼器”，但是稱為“絕對值編碼”是不嚴肅帶有欺騙性的，這是部分絕對值編碼，完整的全行程測量范圍不能算絕對值編碼了，而是部分增量計數的。

電子式多圈絕對值編碼器，有利用上次讀數寄存判斷圈數值而不用電池的，停電后移動角度有一定的范圍限制；也有內置電池或外置電池記錄圈數的，在電池容量有限的情況下停電記憶圈數值；目前還有一種是無電池利用威根德效應（無功耗脈沖發生及計數）記錄圈數值的，但仍然是屬于電子式多圈編碼器。

電子多圈編碼器仍然存在讀數、寄存、再讀取的出錯可能性，這種可能性一旦出現無法發現并彌補，需用其他輔助傳感器比較后修正，另外，電子多圈編碼器在停電后對于旋轉角度及轉速有限制。

 

10，什么是威根德效應編碼器？

有一些電子多圈編碼器，其多圈計圈數是用威根德效應的原理。

在上世紀60年代,John·Wiegand發現,通過適當處理的磁性金屬絲,內芯和外層存在著較大的差異性,在一定的條件下便可產生兩種狀態的轉換.對此效應人們稱之為威根德(Wiegand)效應,類似于這種特征的絲稱之為威根德絲。用這種絲制成的磁敏傳感器，在經過磁場的NS變化時，可產生無需供電的尖峰脈沖，威根德傳感器具有工作溫度高(可達200℃),不需要任何外加電源便可輸出較高的脈沖電壓(可達5~6V),可直接與計算機接口.因而在許多場合己得到應用。以這種原理制成的傳感器叫“威根德傳感器”，這種傳感器幾乎無需電源，甚至其產生的尖峰可以用電容存儲，以威根德傳感器內部計數并尖峰微小能量由電容存儲的編碼器，早在上個世紀90年代即產生了產品，但是當時的技術條件性能很不穩定，在近年低功耗電子元器件的出現，使得這個產品漸漸成熟走向市場，但是它的可靠性有限，目前只能用于計圈數，（因計圈數次數少，頻次低，可靠性因素反映出現概率低），而單圈碼盤用絕對值碼盤（例如磁電原理）。

威根德原理的計數仍然是屬于電子式多圈編碼器，一樣是有缺陷的，由于“自發電”產生的信號較為微弱，較易被周邊電氣噪音干擾，計數讀取與寄存仍然有被干擾而出錯可能性，且一旦被干擾出錯，原始位置丟失無法找回。須小心用于周邊電氣環境較為干凈的場合，并不適合用于起重、工程及各種電氣環境較為復雜的應用中。再如寄存的能量有限，停電后的計數抗干擾差，計數響應不夠快，在停電與通電切換時抗干擾性差等等。總之，它不是完整的絕對值編碼，不能再叫“絕對值多圈編碼器”了，在國外的樣本資料中都注明是單圈絕對值，多圈威根德效應“電子式”多圈的。如果故意忽略威根德“電子式”的內容，就直接叫“絕對值多圈編碼器”，與成本較高而更為可靠的機械式絕對值編碼器故意混淆，帶有不嚴肅的商業欺騙性嫌疑。

 

11，什么叫全行程多圈絕對值編碼器

在整個測量行程中，測量傳感器編碼器的內部是絕對值編碼的。這相對于有些測量是部分絕對值編碼部分靠累加計數的不同，或者超過一段行程需要刷新起點重新作為絕對值測量的不同。因為齒輪式絕對值多圈編碼器的的測量范圍受內部機械齒輪組的限制，絕對值編碼的圈數值是有限的，比如4096圈（12位），16384圈（14位）等，或者經濟型的64圈、16圈，這種規定了測量圈數值行程，并確認在這個測量行程內是絕對值編碼并使用的，稱為全行程絕對值編碼器。使用全行程多圈編碼需根據提供的編碼器圈數在此范圍內使用。傳感器超出行程重新從起點循環使用。

 

12，絕對值單圈編碼器有哪些？

GEMPLE提供光學式的和磁電式的絕對值單圈編碼器；

根據需要，GEMPLE將向市場提供更高光學式與磁電式混合型絕對值編碼器。

 

 

13，絕對值多圈編碼器有哪些？

GEMPLE的多圈絕對值編碼器目前面向市場的都是機械式全行程絕對值編碼，內部無電子計數原理及電池。

（今后GEMPLE根據市場需要也將提供部分絕對值編碼+電子計數的編碼器，但一定會注明其電子計數特征。）

 

14，什么是智能型編碼器？

智能型編碼器是GEMPLE的發明專利，其編碼器內置了32位智能芯片MCU，并有一個設置軟件Easypro，可連接電腦設置，一個智能型編碼器集成了數字化RS485輸出和模擬量電流4—20mA輸出，針對編碼器的各種應用，比如測角度、測長度、測速度、電子式凸輪開關輸出、超速與低速輸出開關等，都可以通過智能設定而直接輸出并應用，針對信號RS485可以設定波特率、地址及分辨率，針對信號4—20mA可以設定零點、滿度點、旋轉方向，并電流校準。另外，數字信號可以根據需要轉換成各種現場總線、以太網、無線等等，從此編碼器進入了智能化時代，為工廠設備智能化管理與物聯網提供了角度、長度、速度的傳感器基礎。

Easypro軟件界面

 

15，什么是絕對值編碼器的模擬信號輸出

絕對值編碼器內部是數字編碼的，但是輸出可以用數/模轉換（ADC）以模擬量信號輸出，例如電流的4—20mA或電壓的1—5V。例如GMS412.。LB---單圈絕對值4—20mA輸出；GAX60.。LB，多圈絕對值4—20mA輸出等等。

 

16，為什么絕對值編碼器的模擬信號量值不能從“0”開始？

絕對值編碼器的信號模擬量值不能從0開始，因為如果輸出0，無法判斷信號是否接通，編碼器是否正常工作，并且0信號很容易受外部干擾而微動，而無法判斷是位置值在動還是干擾影響。因此，電流信號4—20mA從4mA開始，電壓信號1-5V從1V開始，0-10V的輸出，位置基點從2V開始。

17，GEMPLE的絕對值編碼器有哪些信號輸出的絕對值編碼器可選？

其余輸出信號需求可向GEMPLE了解合作制作。

 

上海精浦機電有限公司秉承德國的絕對值編碼器、絕對值真多圈編碼器技術，在產品設計階段就形成“設計原理零錯設計”，以確保在設計根本上的“零錯”，而確保絕對值編碼器產品的可靠性保障，目前已經數萬套在國內外各個工業項目中穩定可靠地使用超過5年以上，是優質品質的保證。

 

 

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