轉軸運動測量必讀:旋轉編碼器的選型要訣
2020-11-25 電子工程世界
通過仔細觀察圖2，您會發現其中只有四個不同的重複輸出狀態。因此，增量編碼器必須以已知的固定位置為參考，才能提供有意義的位置信息。這個「起始」位置就是編碼器的索引脈衝。然後通過跟蹤旋轉中相對索引脈衝的增量變化，來計算軸的絕對位置。每次開啟編碼器時，或在臨時掉電之後，都必須執行此參照過程，因此軸必須處於旋轉狀態才能獲得位置信息。這一過程獲取位置信息的速度不及絕對編碼器，因為後者無需初始旋轉。
絕對編碼器比增量編碼器更加複雜，因而價格通常也更昂貴。雖然兩者的價格差距正逐漸縮小，但增量編碼器通常更適合簡單的速度、方向或相對位置監控。另一方面，在某些情況下，絕對編碼器是更好的選擇。
絕對編碼器的主要優勢是，它會維護軸的位置，因此可以即時獲取位置數據，而無需等待完成起始或校準序列。這使得系統能夠更快地啟動，或者從電源故障中恢復，即便在編碼器關閉期間軸位置已發生變化。
還有一種情況需要選擇絕對編碼器，即啟動時，在任何機構激活或移動之前需要立即獲得位置信息。例如，如果從起始位置沿錯誤的方向旋轉軸，可能會損壞設備或對用戶造成危險。
此外，由於絕對編碼器能實時提供真實的位置，因此數字系統可通過中央通信總線輪詢編碼器，以最小的延遲捕捉位置。使用增量編碼器來持續跟蹤位置難度更大，因為它通常需要外部電路，使用正交解碼跟蹤所有脈衝，這會增加主機系統的開銷，尤其在必須監控多個編碼器的情況下更是如此。
圖3：絕對編碼器為每個碼盤位置生成唯一數碼「字」，相當於我們所說的解析度。（圖片來源：CUI, Inc.）
另外一個優勢是，使用絕對編碼器有助於減少系統受到的電氣噪聲幹擾。與採用脈衝計數的增量編碼器不同，絕對編碼器允許系統從二進位輸出，或以數字方式從串行總線讀取經過錯誤校驗的代碼，以便計算位置。
此外，在同一個系統中組合多個絕對編碼器，也比增量編碼器更簡單。典型示例包括工廠自動化或多軸機器人。監控多個增量編碼器的輸出可能變得非常複雜，需要很高的處理能力，而從絕對編碼器讀取的信息更易於解釋，特別是當它們連接到同一條中央通信總線時。
現在，您應該大致了解了絕對編碼器和增量編碼器之間的主要差別。下面我們介紹一些通常使用絕對編碼器的應用領域。
其中，機器人是一個快速發展的領域。它正在滲透到醫療領域的眾多部門，例如遠程手術需要依賴大量的精確位置信息來監視和控制手術機器人的機械臂，另外還有眾多工業使用案例，如自動裝配、焊接、塗料噴塗等更多。展望未來，家庭助理機器人的前景尤其令人興奮，它將受益於絕對編碼器所提供的速度和易用性。
隨著企業持續尋求數位化轉型，增量編碼器和絕對編碼器之間的價格差異日漸縮小，絕對編碼器的應用幾乎層出不窮。在消費市場，絕對編碼器也有很多機會。無論是用於控制自動門、攝像機萬向架等機構，還是用於智能HVAC控制、工廠自動化或電動車子系統，絕對編碼器都為設備設計師提供了高性能且成本日益合理的選擇。
註：本文作者Jeff Smoot是CUI Inc.應用工程和運動控制部門副總裁，並擁有蒙大拿州立大學 (Montana State University) 機械工程專業的學士學位。
隨著技術的進步，我們對很多元器件固有的「認識「都需要改變了，比如絕對編碼器：如今它已經告別了「貴」的標籤，與增量編碼器相比價格差距越來越小，這使得越來越多的開發者能夠在新應用中體驗絕對編碼器在速度、易用性等方面的性能優勢。
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