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编码器精度与分辨率的区别
编辑:威海艾迪科电子股份有限公司   时间:2018-09-18



   对于传感器的分辨率与精度的理解,可以拿千分尺为例,分辨率代表千分尺最多可以读到小数点后几位,但精度还与尺子的加工精度,测量方法有关系。
   同样的,在旋转编码器的使用中,分辨率与精度是完全不同的两个概念。 编码器的分辨率,是指编码器可读取并输出的最小角度变化,对应的参数有:每转刻线数(line)、每转脉冲数(PPR)、最小步距(Step)、位(Bit)等。
    编码器的精度,是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确度,对应的参数是角分(′)、角秒(″)。 分辨率:线(line),就是编码器的码盘的光学刻线,如果编码器是直接方波输出的,它就是每转脉冲数(PPR)了(图1), 但如果是正余弦(sin/cos)信号输出的,是可以通过信号模拟量变化电子细分,获得更多的方波脉冲PPR输出(图2),编码器的方波输出有A相与B相,A相与B相差1/4个脉冲周期,通过上升沿与下降沿的判断,就可以获得1/4脉冲周期的变化步距(4倍频),这就是最小测量步距(Step)了,所以,严格地讲,最小测量步距就是编码器的分辨率。例如,德国海德汉的ROD426的3600线编码器,方波输出,就是3600ppr,脉冲周期0.1度,通过A相B相4倍频后,可获得0.025度的测量步距;而其海德汉提供的精度参数为18角秒(0.005度)。 分辨率数值大于精度数值。
  如果是德国海德汉的 ROD486的3600线的正余弦信号输出,可进行25倍的电子细分,获得90000的脉冲(ppr),0.004度的脉冲周期,通过A/B相的四倍频,可获得0.001度最小测量步距的分辨率,而海德汉提供的原始编码器的精度还是18角秒(0.005度),(不含细分误差)。 分辨率数值小于精度数值。
  在以通讯数据输出型的编码器或绝对值编码器,其输出的分辨率是以多少“位”来表达,即2的幂次方的圆周分割度。所以,旋转编码器的分辨率可以用“线line",每转脉冲数PPR,或“步距Step”分别来表述。用线来表述,可能还可以再细分的,而有一些“17位”的编码器,实际是针对步距的,已经细分好了的。 一个36旋转编码器的精度,以角分、角秒为单位,与分辨率有一点关系,又不是全部,例如仍以德国海德汉的ROD400系列为例,其5000线以下的,海德汉提供的刻线精度为刻线宽度的1/20(与分辨率相关),6000-10000线的,精度为12角秒(与分辨率无关)。而海德汉的RON系列角度编码器,同样的是9000线—36000线,其RON200系列的精度是2.5~5角秒,RON700系列的是2角秒,RON800系列的是1角秒,RON900系列的是0.4角秒,都不由分辨率决定。实际上,影响编码器精度的有以下4个部分:
A:光学部分
B:机械部分
C:电气部分
D:使用中的安装与传输接收部分,使用后的精度下降,机械部分自身的偏差。

A编码器光学部分对精度的影响:
光学码盘—主要的是母板精度、每转刻线数、刻线精度、刻线宽度一致性、边缘精整性等。
光发射源—光的平行与一致性、光衰减。
光接收单元—读取夹角、读取响应。
光学系统使用后的影响—污染,衰减。

例如光学码盘,首先是母板的刻线精度,海德汉的母板是全世界公认第一的,据说其是在地下几十米双悬浮工作室内加
工的,对于外界各种因素的影响减小到最小,甚至要考虑到海浪的次声波和远处汽车引擎的振动,为此,很多编码
器厂家甚至向海德汉购买母板。其次,加工的过程,光学成像的时间,温度,物理化学的变化,污染等,都会影响
到码盘刻线的宽度和边缘性。所以,即使是一样的码盘刻线数,各家能做到的精度也是不同的。
B编码器机械部分对精度的影响:
轴的加工精度与安装精度。
轴承的精度与结构精度。
码盘安装的同心度,光学组建安装的精度。
安装定位点与轴的同心度。
例如,就轴承的结构而言,单轴承支撑结构的轴承偏差无法消除,而且经使用后偏差会更大,而双轴承结构或多
支承结构,可有效降低单个轴承的偏差。
C编码器电气部分对精度的影响:
电源的稳定精度—对光发射源与接收单元的影响。
读取响应与电气处理电路带来的误差;
电气噪音影响,取决于编码器电气系统的抗干扰能力;
例如,如果电子细分,也会带来的误差,按照德国海德汉提供的介绍,海德汉编码器的细分电气误差与正余弦曲
线的误差约在原始刻线宽度的1%左右。
D编码器使用中带来的精度影响:
安装时与测量转轴连接的同心度;
输出电缆的抗干扰与信号延迟(较长距离或较快频率下);
接收设备的响应与接收设备内部处理可能的误差。
编码器高速旋转时的动态响应偏差。
最常见的就是我们自己使用安装的方法与安装结果带来的偏差。
00线的编码器,分辨率也完全有可能优于一个“17位”的已经细分好的编码器。太多做控制的对于编码器
分辨率与精度的理解还是有偏差的,明明是精度的问题,却拿着一个高分辨的编码器就以为可以了,明明是个定位
的问题,可从一开始就是分辨率,速度环的选择与设计,到最终的结果,却要一个位置环的精度的结果。

在这里,也希望各位网友的参与讨论。



 

 

 

 


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