绝对编码器 判断真伪绝对值编码器，先搞懂这个技术

目前市面上商家声称的“绝对值多圈编码器”其实有很多内在原理，其中两个并不是完整的全行程绝对值编码。有必要知道它们的使用限制和不能使用的地方。

微信官方账号智兆上的麦先生发表了一篇文章《几种不同类型的绝对值编码器》。文章后留了言。本文介绍的“绝对值编码器”有两种，一种是计数器+电池记忆，另一种是计数器+维根脉冲微能量记忆。这两个编码器出厂时内部绝对值代码不完整，其代码仅为单回路绝对值代码，而多回路使用后依赖用户。

认真来说，这种内部计数器+内存的模式就是“伪绝对多回路编码器”技术，我们也称之为“电子多回路”技术。市场上对这个问题还有很多争议。这些电子多圈编码器很多都是进口品牌。与全行程真绝对值编码的多圈绝对值编码器相比，logo几乎没有区别，两者一起销售。很多用户因为对进口品牌的信任，不确定绝对值编码是“真”还是“假”。但是由于它们的内在原理不同，所以在不同的场合使用。如果用户不清楚，使用不当，另外，电子多圈编码器的成本比齿轮箱真绝对值多圈编码器低。不差异化就不给用户知情权，一起卖就是不公平不正当竞争。

另一方面，与机械变速箱式真绝对值多圈编码器相比，电子多圈计数器和记忆式编码器变速箱传感器组少、成本低、体积小，仍然被许多用户认可为小型伺服电机的编码器，尤其是日本小型伺服电机。这一年来，有网友一直在尝试了解这两种技术，或者开发这两种电子多回路产品，问我这两种编码器的原理以及两者的比较，哪个会更好？在今年的上海电子展和上海工业博览会上，芯片模块厂商和编码器厂商都同时展示了这两款不同的电子多圈编码器，我也和参展厂商做了一些交流。大家都在说电池记忆和维根脉冲微能记忆哪个好？

一、绝对值编码的定义和意义

1.全笔画预编码的唯一性

编码器内部编码提前有大数据编码，在整个指定的测量运行中，每个位置都是唯一的编码，使用后不会产生新的编码。

2.这与历史无关

独立于时间轴，不需要计数过程，独立于时间轴的编码大数据可以根据数据下游指令一次直接输出。

3.最大容错能力

没有计数过程，没有记忆，没有重读过程，意味着不需要考虑计数起点，断电，断电后是否有运动，也不需要担心任何时候的干扰，也不需要担心干扰后是否能恢复真实的编码角度信息输出——所有代码都是预编的，不会产生新的代码，只与编码器轴的运动位置有关(不考虑断电)，外部干扰不能改变原来的编码值。

二、电子计数器的多圈技术

1.一周期绝对值编码和多周期增量计数。在360度范围内是绝对的，超过360度就归零，增减计数器增加多圈编码器的编码。也就是说，多圈数据的原始代码不可用，但在使用时从寄存器中检索并通过计数器获得新代码。

2.以时钟表盘为例，这款电子多圈编码器只有一只手，12点后归零。12点过了，数值突然从最大变到最小。根据前后两次读取值的比较(历史关系比较)，电子计数器由大突变变为小突变(下降沿)，逻辑判断圈数增加1；值由小变大(上升沿)，逻辑判断周期数减少1。计数器寄存器。

3.我们很清楚，这两种伪绝对值多环属于“电子多环”计数器的性质，不符合上面第一、二条，所以不能称之为“绝对值编码”，我称之为“伪绝对值”。

下面我们比较这两种电子多回路技术，重点比较“容错”。

三、电池记忆电子多匝技术的原理及容错

你买过假绝对值编码器吗？你的知情权被忽视了吗？电池记忆原理的电子多圈我已经在《挑一个假绝对编码器》一文中表达过了。你可以点击返回阅读这篇文章。

这里重点介绍零点边界、电池存储技术的低功耗管理和电池能量计算。

1.读数的可靠性

电池记忆多圈技术主要是光学单圈绝对值码盘，可以连续读取两次来判断是否过零点边界。这里光学编码器零分稳定，分割线清晰。关键在于过零分割线前最后一次读数的可靠性和过零分割线后第一次读数的可靠性。根据这两个读数之间的逻辑关系，可以判断匝数是增加还是减少还是不变。零点分割线的稳定性和清晰度以及两次读数的准确性已经成为这个计数器容错的最大考虑因素。当突然断电或干扰较大时，当编码器位于零点或零点附近时，两个读数会产生反向抖动，这个问题会更加突出。

2.能源管理问题

断电后，单圈光学码盘读数可靠，需要稳定的电池电源为光源和感应式传感器供电。但是在断电的长期待机状态下，待机电池的电量很快就会耗尽。因此，这种技术需要一种低功耗的配电管理技术，既保证光源和传感器的稳定供电，又保持电池节能以维持长期待机，并且往往采用间隙供电策略。电源时间与空的比值，电源启停引起的电源波动对光源和传感器读数的影响，电源工作比与待机时间的权衡，外部电源和内部电池电源对光源和传感器读数的影响等等。比如突然断电，或者上电时的电源管理，会不会因为电源的抖动导致过零边界附近的读数反向抖动，容易造成过零边界计圆判断失败。

3.电池能量的计算

当等待时间较长或电池寿命将耗尽时，需要对电池能量进行计算和判断，以提醒需要更换电池以及电源能量不足可能导致的读数和计圈失败。

4.电池本身的问题

编码器内部的电池由于容量小，待机时间有限。然而，虽然通向外部的电池的容量很大，但是引线连接器失效的可能性增加，这对抗振动环境有影响。电池的温度范围-不可逆故障和可逆电源不稳定。根据目前的数据，储存和工作温度不得超过100℃(不可逆故障)，数据中没有描述可逆的高低温参数(电源不稳定)。

从大多数电池的低温性能差来看，不适合户外场合。尤其不适合长时间停电的室外(no 空调节)场合，如开闸、起重及港口机械、建筑机械、风力、太阳能(室外场合)等。，应该避免。

日本编码器厂商确实解释过，这种编码器适用于小型伺服电机、小型机械臂和机器人。并不表示可以应用于较大的设备和有高低运动下沉的闭环情况，位置可以改变。

四、维根脉冲微能量存储多回路技术的原理及容错

维根脉冲微能量记忆原理，在《你买了假绝对值编码器吗？你的知情权被忽视了吗？——扒一个伪绝对编码器”(点击阅读)在本文中也有表述，这里不再赘述。

重点讨论磁电编码器零位的不确定性，维根自能的不确定性，维根微能储备的不确定性。

1.磁场零点的不确定性:与光学编码器相比，磁场零点位置的边界线模糊，更糟糕的是还不稳定。例如编码器和印刷电路板中的电气元件的磁化和退磁，灰尘和金属屑对空之间电磁场分布的干扰，外部电磁场的干扰等。通电状态下，四个正交磁电传感器可以进行差分共模干扰消除，而断电状态下，仅依靠两个维根传感器进行过零点的感应判断。一旦停在磁场零点附近，磁场反向扰动时过零圆计数的逻辑判断功耗低。

2.维根自生电流和能量的不确定性:根据能量守恒定律，维根丝产生的能量来源于断电后编码器轴的动能，断电后轴速的动能未知且不确定。长期待机后，反能量只依靠维根的自发电或之前储存的能量。如果是储存能量，它能袖手旁观多久？停电后的自发电电流和能量储备不确定，维根厂商没有给出答案。

3.停电后磁场零点附近轻微抖动，动能极其有限，那么每次抖动转换的维根微发电能量是否刚好能到达计数器工作？如果依靠储存的能量，长期停电待机能维持多久？

4.与电池供电不同，维根微能是否足以保证正确计数，如果计数器出错如何判断、检测和报警？在这一点上，维根不如电池。如果是错误的数据，用户无法知道是错误的数据。而且因为标榜为“无电池绝对值”，用户出于对绝对值编码器的信任，会继续使用错误的数据，可能造成事故概率。对于这个问题，维根编码器厂商用模糊的“专利技术”搪塞，但从未给出正面回答。维根的专利技术有哪些受保护的内容、保护期限、公开技术是不需要专利的，在数据中看不到。

5.被EMC称之为成熟的新型维根编码器，进入市场时间较短，累计量不够。虽然问题已经暴露了一点，但是还没有引起足够的警惕。据市场未经证实的反馈，维根多回路编码器交货时，进口编码器出厂运输和中国市场的中间环节，中国市场很多项目周期时间较长，中间断电待机时间较长。大约不到1%的编码器在使用中发现有循环计数错误，因此需要更换。

由于未知的不确定因素较多，不建议在可靠性要求较高的地方使用维根电子多圈编码器，需要评估数据失效造成的损失，才能去现场检查更换编码器。

尤其不适合长时间停电的室外(no 空调节)场合，如开闸、起重及港口机械、建筑机械、风力、太阳能(室外场合)等。，应该避免。

令人担忧的是，由于维根电子多圈编码器没有电池，中国市场宣传的模糊性往往混有机械变速箱式真绝对值多圈编码器出售，难以区分。有的商家在“绝对值多圈编码器”上有三种可能性，用户很难分辨清楚:光学齿轮箱多圈绝对值编码器(温度范围85度)、光学齿轮箱多圈编码器(温度范围70度，相当于二等品，户外环境无空调节不可用)、磁电维根电子多圈编码器(上下位能量有变化不可用)是否适合自己使用。

五、双编码器电子计数器、电池记忆改进

在今年的上海工业博览会上，尼康展台上展示了一种双编码器计数旋转的方法。经尼康展商同意，我给他们拍了照:

尼康展示了两种模式，一种是简单的光学码盘加电池，这是传统的电池存储模式。另一种是光码盘、电池和磁电计数器同时集成的双编码器方案。

维根电子多圈编码器进入中国市场时，其卖点是“无电池”，看起来更像是“无电池绝对值编码器”。然而，这样的宣传误导了市场。第一，维根电子多圈比电池记忆电子多圈好。第二，维根电子多圈与机械变速箱的真实多圈编码器无法区分，直接混淆了用户作为多圈绝对值编码器。电池的代表尼康似乎对维根的宣传攻击做出了回应。是光学和电磁计数匝数的双重原理，增加容错和检测，肯定电池能量的“可确定性”。看看厂商的宣传有没有潜台词。

1.如果电池记忆型的消耗电流保持不变，维根的会怎么样？不确定。

2.可以确定电池的能量和使用寿命，当电池需要更换时，可以检测到并提前报警。维根的能量获取和储存是不确定的。

3.用光学和磁电原理计数可以避免同调误差，磁电误差不会影响光学计数。如果两种比较不一致，可以报警。

4.既然需要两个原理的计数器，说明一个原理的计数器有一些潜在的误差。Wigan编码器是基于单磁电原理，其实可能会有一些潜在误差！

5.如果一圈绝对值用光学编码器，多圈计数器用维根，由于光学编码器需要给光源和传感器供电，维根的微能量不足以供电，断电后电池仍然需要提供能量。你还需要电池。

因此，尼康改进的光电和磁电模式双编码器计数器可以相互检测可能的故障并发出警报。

六、如果你想做这两类电子多圈产品，我给你建议

十几年前我打算对绝对值多圈编码器进行国产化的时候，也收集了电池记忆编码器和维根编码器(当时报道的)的数据，对比机械变速箱绝对值多圈编码器，最后确定前两个是伪绝对值编码，不完整的多圈绝对值，所以国产化没有太大意义去做，放弃了。重点关注机械变速箱绝对值多圈编码器的国产化。然而，由于近十年来小型伺服电机的快速发展，机械变速箱式多圈绝对值编码器由于体积大、成本高，在小型伺服电机中普遍不采用。小型伺服电机的用户更喜欢电池记忆型，或者少数考虑维根多圈型。有网友希望开发这两种电子多圈编码器，和我交流一下存在哪些瓶颈，需要注意什么。

1.电池记忆型:相比之下，日本的电池记忆型技术已经使用了很长时间，在小电机上的应用已经比较成熟。关键在于低功耗的配电和稳定的管理技术。不是连个电池那么简单。电池容量有限，断电待机时间长，电池很快就会耗尽。所以核心技术是掉电后的低功耗配电管理，以及开关机时的错误屏蔽。日本工业界在电子表的低功耗电源管理方面积累了40年的经验。所以日本编码器也是利用日本在这方面的资源优势，专注于电池低功耗记忆型的开发。如果需要国产化，我们目前现有的技术是欠缺的，涉及到供应链中需要进口的三个组件，即低功耗稳定光源LED、低功耗稳定精密传感器和低功耗电源管理芯片，或者说国产化是一个个的突破。

2.Wigan多圈型:磁场零位置的可确定稳定性。供应链中本地化的瓶颈也是一样。据说威根编码器的专利在外国公司A手里，但是专利的保护内容和保护期限还没有找到。核心部件维根丝的加工生产被另一家国外公司B收购，如果需要采购，需要从唯一的B处购买，但是B本身主要是推成品维根编码器，可能是你的供应商，也可能是你的竞争对手。维根计数器和微能量管理存储的芯片由第三家外企C提供。只有这家公司的芯片技术才能更好的商业化，其错误失败率低。如果需要做维根多圈编码器，命运掌握在进口供应链中的ABC三家外企手中，缺一不可。

另一种芯片解决方案

3.因为国产化目前在供应链中有一个不可逾越的瓶颈，元器件和芯片需要从供应链中很多国外公司单独购买，得到的结果不是真绝对值编码，只有掉电记忆功能，但不能保证记忆数据的准确性，所以我早早放弃了这两个国产化方案。如果还有人想做，我已经给了提醒和建议。

我给你推荐的是一款机械齿轮箱真绝对值编码的多圈绝对值编码器。

绝对值编码器不仅仅是“掉电记忆”，它更重要的意义在于提前全编码带来的唯一性、最大容错性和最大可靠性。虽然电子多回路技术在某些场合使用得很好，但即使大量使用，也会因为错误数量大而积累错误概率，影响整条生产线的停工时间，甚至造成事故。

七、机械变速箱真绝对值编码器问题的答案

当存在上下移动可变位置的位置闭环时，应严格禁止使用电子多圈伪绝对值编码器。

由于停电后物体重量会下沉，基于停电记忆的伪绝对值编码不可靠，容易发生事故。必须使用真正的绝对值编码器。

关于某些机械齿轮箱绝对值多圈编码器的疑问；

1.机械变速箱绝对值多圈编码器因体积大、性价比高、速度响应不足(多组传感器的融合刷新限制了高速)而未能进入小型伺服电机。然而，机械齿轮箱型绝对值多圈编码器已用于较大的伺服电机(异步伺服)。

2.机械变速箱绝对值多圈编码器的多圈编码是与单圈编码成一体的编码，单圈编码和多圈编码的完整性是不可分割的，而不是单圈编码+“多圈计数”。成熟的多圈绝对值技术已经考虑了单圈和多圈完全编码中的容错，包括齿轮箱齿侧隙。请参考我微信官方账号的第一篇文章《编码器基础~格雷码的编码美学》。

3.机械变速箱多圈绝对值编码器的码盘是光学、磁电、混合两种原理。只要满足全行程唯一编码和容错积分编码的原理，所有原理都可以实现多圈绝对值编码，但光学单圈码盘精度更高，磁电式编码器具有更好的抗振性和防潮防尘性。没有说磁电抗电磁干扰差的。SICK的ATM60全是磁电的，十几年来广泛应用于起重、港口机械等大型设备；GEMPLE的全磁多圈编码器也在核磁共振医疗设备中得到应用。当场磁场强度达到1.5T强磁场干扰时，不存在磁场干扰导致的编码失败。

4.机械变速箱中多圈编码器的齿轮大部分是工程塑料制成的，因为编码器的码盘是感应读取的，所以转轴的扭矩载荷很小，齿的磨损也很小，设计寿命十几年。但是金属齿轮要经过特殊的表面处理才能使用。如果没有特殊处理和硬化，进入齿轮箱空的研磨金属屑会改变空之间的电磁场分布，给读数带来不确定性。如果没有更好的金属表面处理技术，我不建议使用金属齿轮。

5.最后，再次将多圈绝对值编码器与真绝对值编码放在一起的意义:

绝对值编码器不仅仅是“掉电记忆”，

这是一个固有的唯一性代码

最大容错能力

最大可靠性

因为目前市场上没有“真”和“假”绝对值多圈编码器的区分，所以当你打算购买“绝对值多圈编码器”时，最好从卖家(厂家)那里了解一下它的内部多圈原理，是否只是电子多圈而不是真绝对值编码(全行程)，从而判断是否适合你的应用。

本文仅代表作者个人观点，基于作者20多年绝对值多圈编码器的经验，以及多家编码器厂商在网站和展会上展示的内容。然而，由于市场上一些编码器厂商(厂商)提供的信息有限，甚至是闪烁其词，因此本文的数据收集和分析不可避免地受到限制。如果用户需要了解更多，请咨询和澄清提供“多圈编码器”产品的厂家。

文章部分引用了麦总经理来自微信官方账号智通的信息，在此表示感谢。

文章部分引用了尼康公司在上海工业博览会上展示的图片，并在拍摄时获得了尼康参展商的同意，在此向尼康公司表示感谢。

本文来自AQ编码，仅代表作者的观点。

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