您買了假絕對值編碼器嗎？您的知情權被忽視了嗎？——扒一扒偽絕對編碼器

最新 04-13

什麼是「絕對值編碼」，什麼是「偽絕對編碼器」？

在自動化行業我們大部分人都已經知道，工業旋轉編碼器分絕對值編碼與相對量編碼（也稱為增量編碼），我們大部分人也都已會用增量編碼器，PLC和伺服控制器等都已經集成了高速計數器，收集增量編碼器的AB相信號計數。但是大部分人對於」絕對值編碼」的定義認識似乎還很模糊,為什麼要用絕對值編碼器的認知似乎也存在很多的錯誤，於是就有了」偽絕對值編碼器」能夠大搖大擺地混跡於市場.

一、先說說「增量編碼」與「絕對值編碼」

包含時間軸的有計數過程的增量編碼，不含計數過程的絕對值編碼的概念：

1，相對量編碼，也稱為增量編碼，編碼器內部碼盤的編碼只需少量位數編碼，例如正交的AB相增量編碼器，不管它的解析度有多高，有多少「線」的方波脈衝輸出，其內部都僅僅是2位編碼，A相和B相的1/0編碼。那麼需測量的角度或位置遠遠不止兩位，例如0~16383，這麼大的數據信息量從何而來？這需要接收端依據在時間軸上的相對變化，數據累加增加或者減少的信息，通過計數器計數並寄存最終獲得這個較大的數據編碼位數感測信息。

增量編碼數據其實及其有限，只有2位有效數據！A相和B相的0/1脈衝信號。

增量編碼器在接收端其積累的較大數據是由一個計數過程來實現的。在這個計數過程中，隱藏著很多不確定錯誤的可能性，同時也帶來了事後不確定成本的支出：

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2，絕對值編碼

編碼器內部碼盤已有大數據編碼，在整個規定的測量行程中是唯一性的編碼，與時間軸無關，無需計數過程，任何時間讀取或者不讀取都可以根據數據下游指令，可直接一次輸出與時間軸無關的編碼大數據。與計數過程無關，也就是意味著無需考慮計數起始點、停電、以及停電後是否再有移動，也無需擔憂干擾，干擾後是否還能恢復到真實的編碼角度信息輸出。

二、「偽絕對值編碼器」是怎麼回事？

市場上對於絕對值編碼的定義，從初學者到熟悉者有三層認知境界，而前兩個是對於絕對值編碼認識還較模糊的境界，於是也就有了藉此模糊認識而出現的兩種偽絕對編碼器。

1，第一層初學者境界，拿絕對式數據輸出當絕對值編碼器——絕對式數據是指確定一個原點坐標，對此坐標的多位數據輸出（一般為串列輸出，而非脈衝計數），它僅僅是指數據輸出的形式。它不代表內部編碼是絕對值編碼的，很有可能內部已有計數器與寄存器的增量編碼。

2，第二層是似懂非懂境界，數據保存不丟失就是「絕對值編碼」嗎？

另外有一種模糊而錯誤的認知——「絕對值編碼器就是停電能保存」，於是就有了偽絕對值編碼器之二。

用單圈絕對值編碼（有限的約十多位編碼），加多圈計數器的方式，無論有沒有電池，仍然是電子式的多圈計數過程在其中，原始編碼才十多位，卻能輸出二十多三十多位的數據，多出的數據哪裡來的？有計數器！非唯一性編碼——這不是絕對值編碼！

3，第三層，真絕對值編碼的境界，沒有計數器！所有的機械原位置已唯一性預先存在的絕對值編碼。原始機械位置編碼有多少位，就輸出多少位，有時也稱為機械式絕對值編碼器。

絕對值編碼的核心意義：從物理學角度講，非絕對值編碼的計數過程與時間軸有關，是位置編碼與時間軸的混合數據組合，是多物理變數事件，總是存在另一個物理變數在某種時間段小概率不確定性，只是什麼時候及什麼情況下發生，發生的概率有多大。相對量編碼是角度變化+時間變數的雙變數編碼。而絕對值編碼是不含時間軸的單一大數據編碼，輸出信息僅與真實角度位置原有編碼有關。任何的在編碼器內部或者外部需要有計數器引入時間軸信息的編碼，都不屬於絕對值編碼。

不含時間軸的、無計數器的、機械原位的絕對值編碼的根本：第一是不依賴於移動即可獲得完整的一次大數據的位置信息，且每一個位置編碼是唯一的，第二是與前次歷史讀數（包括各種記憶方式）無關，這也就是無時間軸無歷史事件。

三，扒一扒市場兩個「偽絕對值編碼器」的大坑：

1電池式的偽絕對值多圈編碼器：

※外部電池（例如接收的控制器，或者電池盒）。典型的日系偽絕對編碼器，所謂「加上電池是絕對，電池沒電是相對」的一本正經胡說八道的偽絕對編碼器——它僅僅是絕對式數據，而非絕對值編碼。編碼器內部有計數器以數據串方式輸出，並由外部電池記憶。單圈碼盤的編碼是絕對值編碼的，多圈信息依賴單圈正交分區計數器圈數，停電後編碼器內部間隙式休眠的低功耗工作，依據外部電池提供的能量計數圈數的變化。這種間隙式低功耗模式對停電後編碼器的旋轉速度有限制，及電池的工作時間工作溫度及電池容量有要求。

※內部計數器有內部電池記憶。與上述比較，將電池或者超級電容器內置進入了編碼器內部，但是電池容量有限，超級電容能量更是有限，在停電時工作間隙休眠時間拉長，抗干擾性能變差。

單圈絕對值碼盤+電子計圈超級電容

2，偉根絲線圈計數器的偽絕對值多圈編碼器：

某些歐系品牌編碼器鼓吹的偽絕對值編碼器，無視中國市場用戶知情權。

（最近剛已改口不再聲稱「絕對」了）。

編碼器內部計數器內部無電池，依賴偉根感應感測器的微弱自發電、電容儲能及鐵電存儲器計數。宣傳的口徑是不再有電池。

它是利用了偉根（Wiegand）原理，當編碼器旋轉經過一個偉根絲感應感測器，其自發電一個微弱的尖脈衝，以電容與FeRAM存儲能量並計數保存，以獲得多圈數據信息。

由於多圈信息有計數器及寄存器保存，與時間軸有關。儘管它沒有電池也有記憶，但編碼仍然屬於相對量編碼的絕對式數據類別。

附：偉根感應感測器原理簡介：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,類似於這種特徵的絲稱之為威根德絲。用這種絲製成的磁敏感測器，在經過磁場的NS變化時，可產生無需供電的尖峰脈衝，威根德感測器具有工作溫度高(可達200℃),不需要任何外加電源便可輸出較高的脈衝電壓(可達5~6V),可直接與計算機介面.因而在許多場合己得到應用。以這種原理製成的感測器叫「威根德感測器」，這種感測器幾乎無需電源，甚至其產生的尖峰可以用電容存儲，以威根德感測器內部計數並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，並有鐵電存儲器（FeRAM）產品化，使得這個產品漸漸成熟走向市場，但是它的可靠性有限，目前只能用於計圈數，（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）。

最初出現偉根感應感測器用於水表的計數，而最早的偉根絲計數器編碼器大約源於2005年。喏，最初是這樣子的：

經營十多年後，偉根多圈編碼器已經有了較大的進步——最大的進步卻是在市場大眾逐漸認知後，在群眾雪亮的眼皮底下，它已不再敢直接聲稱是「絕對值編碼器」了，改稱「多圈編碼器」了，「絕對」兩個字已經悄悄拿去。

附：FeRAM，鐵電存儲器是一種在斷電時不會丟失內容的非易失存儲器，具有高速、高密度、低功耗和抗輻射等優點。鐵電存儲器的存儲原理是基於鐵電材料的高介電常數和鐵電極化特性，按工作模式可以分為破壞性讀出(DRO)和非破壞性讀出(NDRO)。DRO模式是利用鐵電薄膜的電容效應，以鐵電薄膜電容取代常規的存儲電荷的電容，利用鐵電薄膜的極化反轉來實現數據的寫入與讀取。

鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)就是基於DRO工作模式。這種破壞性的讀出後需重新寫入數據，所以FeRAM在信息讀取過程中伴隨著大量的擦除/重寫的操作。隨著不斷地極化反轉，此類FeRAM會發生疲勞失效等可靠性問題。目前，市場上的鐵電存儲器全部都是採用這種工作模式。NDRO模式存儲器讀出方式是非破壞性的，基於NDRO工作模式的鐵電場效應晶體管(FFET)是一種比較理想的存儲方式。但迄今為止，這種鐵電存儲器尚處於實驗室研究階段，還不能達到實用程度。

對於只有十幾位的原始編碼，能整出個二、三十位輸出數據的這個編碼器，我們回顧一下上面我們對於含有計數器的《多圈編碼器》提出的疑問：