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目前市場上商家宣稱的“值多圈編碼器”,，其實有多種內(nèi)部原理，其中有兩種事實上并不是完整的全行程值編碼,。需要了解它們使用的局限性,，在哪些場合是不可以使用的,。

公眾號 《智造商》麥總發(fā)了一篇文章《幾種不同類型的值編碼器》，我在文后留言了,，該文中介紹的有兩種不是“值編碼器”,，一種是有計數(shù)器+電池記憶的，另一種是有計數(shù)器+韋根脈沖微能量記憶的,，這兩種編碼器出廠時內(nèi)部的值編碼并不完整,，其編碼僅僅是單圈值編碼，而多圈是依賴用戶使用后計數(shù)器對圈數(shù)累加,，而獲得更多的增量圈數(shù)位置編碼,，并記憶保存的，那顯然是增量式原理了,。

嚴肅講這種內(nèi)部有計數(shù)器+記憶的方式,，是“偽多圈編碼器”技術，我們也稱之為“電子多圈”技術,。這個問題在市場上還有很多爭議,，賣這些電子多圈編碼器的很多都是進口品牌，與全行程真值編碼的多圈值編碼器比較,，在標識上幾乎沒有區(qū)別,，混在一起銷售了，很多用戶由于對進口品牌的信任,，而并不清楚其中的在多圈編碼上是否值編碼的“真”“偽”，而它們因其內(nèi)部原理的不同,，使用的場合也是不相同,，如果用戶不清楚而不當使用，將會造成不必要的損失,。另外,，電子多圈編碼器相較于齒輪箱真值多圈編碼器的成本更低，如果不加以區(qū)分不給用戶有知情權,，混在一起銷售,，那是一種不公平的不正當競爭。

另一方面,，由于電子多圈計數(shù)器加記憶型的編碼器,，相較于機械齒輪箱式的真值多圈編碼器而言，少了齒輪箱傳感器組,，成本低,，體積小，作為小型伺服電機上的編碼器應用,，仍然還是受到了不少用戶的認可,，尤其是在小型日系伺服電機幾乎都是這種電子多圈編碼器,。一年來不斷有網(wǎng)友也想了解這兩種技術，或者開發(fā)這兩類電子多圈產(chǎn)品,，來問我這兩種編碼器的原理與它們之間的比較,，哪個會好一點？在今年上海電子展上和上海工博會上,，也有芯片模塊廠家和編碼器生產(chǎn)廠家都同時展示了這兩種不同方式的電子多圈編碼器,，我也跟參展的廠家作了一些交流。大家也都在議論,，電池記憶的與韋根脈沖微能量記憶的,，究竟哪個稍好一點呢？

一,、值編碼的定義與意義

1.完整的全行程預先編碼的*一性

編碼器內(nèi)部編碼已預先有大數(shù)據(jù)編碼,，在整個規(guī)定的測量行程中，每一個位置是*一性的編碼,，在使用后不會再產(chǎn)生新的編碼,。

2.與歷史無關

與時間軸無關，無需計數(shù)過程,，任何時間讀取或者不讀取都可以根據(jù)數(shù)據(jù)下游指令,，可直接一次輸出與時間軸無關的編碼大數(shù)據(jù)。

3.大的容錯性

無計數(shù)過程,，無記憶與再讀取過程,，也就是意味著無需考慮計數(shù)起始點、停電,、以及停電后是否再有移動,，也無需擔憂在任何時候的干擾，干擾后是否還能恢復到真實的編碼角度信息輸出——所有的編碼預先編好了,，不會再產(chǎn)生新的編碼,，只與編碼器轉(zhuǎn)軸運動位置有關（與是否斷電無關），外部的干擾也無法改變原始編碼值,。

二,、計數(shù)器的電子多圈技術

1.一種單圈值編碼，多圈增量計數(shù),。在360度范圍內(nèi)是值的,，超過360度后回零，并以計數(shù)器的增減來增加多圈編碼器的編碼,。也就是多圈數(shù)據(jù)原始編碼沒有,，而是從寄存器里調(diào)取并在使用時通過`計數(shù)器獲得新的編碼。

2.以時鐘表盤舉例，這種電子多圈編碼器只有一根表針,，當經(jīng)過12點后就回零,，在經(jīng)過12時，數(shù)值一下子從大到小,，電子計數(shù)器根據(jù)前后兩次讀取的數(shù)值比較（歷史關系比較）,，由大突變?yōu)樾。ㄏ陆笛兀?，邏輯判斷圈?shù)增加了1,；數(shù)值的由小突變?yōu)榇螅ㄉ仙兀壿嬇袛嗳?shù)減少了1,。計數(shù)器寄存,。

3.由于我們已經(jīng)清楚，本文題目上這兩種偽值多圈屬于“電子多圈”計數(shù)器性質(zhì),，不符合上面的第1與第2條,因而不能稱為“值編碼”,，我把它們稱為“偽值”。

下面我們對這兩種電子多圈技術的比較,重點將是在”容錯性” 上的比較,。

三,、電池記憶電子多圈技術的原理及容錯性

在《您買了假值編碼器嗎？您的知情權被忽視了嗎,？——扒一扒偽編碼器》一文中,，我已有對電池記憶原理的電子多圈有表述?？苫仡^點擊讀取該文,。

這里重點講講零點分界線、電池記憶技術的電源低功耗管理與電池能量計算,。

1.讀數(shù)的可靠性問題

電池記憶多圈技術主要是光學單圈值碼盤,，通過兩次先后的讀取，判斷是否過零點分界線,。這里光學碼盤的零點刻線是穩(wěn)定的，分界線清晰的,，關鍵是在過零點分界線前的后一次讀數(shù)的可靠性,，和過零點分界線后的di一次讀數(shù)的可靠性，依賴于這兩次讀數(shù)的邏輯關系,，而判斷多圈的圈數(shù)是增還是減,，或者不變。零點分界線的穩(wěn)定清晰,，兩次讀取的讀數(shù)準確性,，成了這種計數(shù)器容錯性的大考量。當突然斷電時或者有較大的干擾時，編碼器的位置正好在零點位置及附近時,，兩次讀數(shù)比較會產(chǎn)生反向抖動,，這個問題就會比較突出。

2.能量管理問題

斷電后,，單圈光學碼盤的讀取可靠,，需要有穩(wěn)定的電池電源給光源供電，給感應傳感器供電,，而長時間的斷電待機狀態(tài)下,，備用電池的電能很快就會耗盡。因此,，這種技術需要有低功耗電源分配管理技術,，既要保證光源與傳感器的供電穩(wěn)定，又要保持電池能量節(jié)約以維持長時間待機,，往往采取一種間隙式供電策略,。供電時間占空比、供電啟動與暫停所帶來的電源波動對光源與傳感器讀取的影響,，供電工作占空比與待機時間的權衡,，外部電源供電與內(nèi)部電池供電的切換時對光源與傳感器讀取的影響，等等,。例如突然的斷電,，或者開機通電時的電源管理，是否會因供電的抖動,，在零點分界線附近的讀數(shù)反向抖動,，易造成過零點分界線的計圈判斷的失敗。

3.對電池能量的計算

對長時間待機或者電池壽命將盡時,，對電池能量需作計算判斷,，以報警提示需要更換電池，以及因供電能量的不足而可能讀取并計圈的失敗,。

4.電池本身的問題

在編碼器內(nèi)部的電池因容量較小,，待機時間有限。而引線到外部的電池,，容量雖然大了,，但是引線接插件等故障可能性增加，對于抗振動環(huán)境有影響,。電池的溫度范圍——不可逆性失效與可逆性供電不穩(wěn)定,。從目前的資料看，儲存與工作溫度不得大于100℃（不可逆失效）,，可逆性高低溫參數(shù)（供電不穩(wěn)定）沒有看到資料描述,。

從大部分電池低溫性能較差判斷,，不適于戶外場合。尤其是,，不適于較長斷電待機且戶外（無空調(diào)）的場合,，例如水閘開度、起重與港口機械,、工程機械,、風電與太陽能（戶外場合）等等，應該避免使用,。

日系編碼器廠家確實也說明了,，這類編碼器適用于小型伺服電機、小型機械手臂和機器人,。而沒有指明可在較大型設備上以及有高低移動下沉,、有位能變化的位置閉環(huán)場合下適用。

四,、韋根脈沖微能量記憶多圈技術的原理及容錯性

韋根脈沖微能量記憶的原理，在《您買了假值編碼器嗎,？您的知情權被忽視了嗎,？——扒一扒偽編碼器》（點擊讀取）一文中也有表述,，這里不再啰嗦,。

重點講講磁電式編碼器的零點位置模糊性，韋根自發(fā)電能量大小的不確定性,，韋根微能量儲量的不確定性,。

1.磁場零點不確定性：磁電式單圈值編碼器與光學編碼器比，磁場零點位置分界線是模糊的,，而且更糟糕的是還不穩(wěn)定,。例如編碼器內(nèi)部及印制板上的電氣元器件的磁化、退磁,，灰塵金屬屑的對空間電磁場分布的擾動,，外部電磁場的擾動等，在通電狀態(tài)下,，可以有四個正交的磁電感應器做差分共模干擾消除,，但是在斷電狀態(tài)下，僅依賴于2個韋根感應器對過零點的感應判斷,，一旦停在磁場零點附近，磁場反向擾動時過零點計圈的邏輯判斷在低功耗狀態(tài)下的準確性令人生疑,。

2.韋根自發(fā)電電流及能量的不確定性：根據(jù)能量守恒定律,，停電后韋根絲發(fā)電的能量來之于編碼器轉(zhuǎn)軸的動能，停電后轉(zhuǎn)軸速度動能是未知的，并不確定的,，長時間待機后計數(shù)器能量是僅僅就靠韋根自發(fā)電,，還是依賴于前面存儲的能量，如果是存儲的能量能待機維持多久,？這種斷電后的自發(fā)電電流與能量儲備是不確定的,，韋根廠家沒有給答案。

3.斷電后在磁場零點附近的輕微抖動,，動能極為有限,，每次抖動因此轉(zhuǎn)換的韋根微發(fā)電能量究竟是否能夠正好達到計數(shù)器工作？如果依賴存儲能量在長期停電待機后,，能夠保持維持多久,？

4.與電池供電不同，韋根微能量是否能足夠保證正確計數(shù),，以及計數(shù)器如果有錯如何判斷,、檢出并報警？在這一點上韋根做得還不如電池,，如果已經(jīng)是錯誤的數(shù)據(jù)了,，使用者卻無法知道這是錯誤數(shù)據(jù)，而且因為宣傳上它是“沒有電池的,，值的”,，用戶出于對值編碼器的信任，會繼續(xù)使用錯誤的數(shù)據(jù),，而有可能造成事故發(fā)生概率,。對這樣的問題，韋根編碼器廠家以模糊的“zhuan利技術”搪塞,，而從未做正面回答,。韋根zhuan利技術的哪些受保護內(nèi)容、保護期限,、哪些已是公開技術無需轉(zhuǎn)利,，均未在資料上見到。

5.新的據(jù)稱EMC已經(jīng)成熟的韋根編碼器入市時間較短,，數(shù)量累計還不夠多,，問題雖已有少量暴露，但還沒有引起足夠的警惕性,。據(jù)市場未經(jīng)證實的反饋意見,，韋根多圈編碼器在交貨時，中國市場上因進口編碼器出廠經(jīng)運輸及中間環(huán)節(jié),，以及中國市場很多項目周期長,，中間的斷電待機時間較長,，大約有不到1%左右的數(shù)量編碼器在使用時已發(fā)現(xiàn)有計圈錯誤，而需更換,。

由于有較多的未知不確定性,，不建議韋根電子多圈編碼器用在對于可靠性要求高的場合，需要評估因數(shù)據(jù)失敗去現(xiàn)場檢查并更換編碼器,，所帶來的損失有多大,。

尤其是，不適于較長斷電待機且戶外（無空調(diào)）的場合,，例如水閘開度,、起重與港口機械、工程機械,、風電與太陽能（戶外場合）等等,，應該避免使用。

令人擔憂的是,，由于韋根電子多圈編碼器沒有電池,，在中國市場上宣傳的含糊性，常常與機械齒輪箱式的真值多圈編碼器混在了一起銷售,，而難以區(qū)分,。有的商家在“值多圈編碼器”上竟然有三種可能性難以向用戶明示區(qū)分：光學式的齒輪箱多圈值編碼器（溫度范圍85度）、光學式的齒輪箱多圈編碼器（溫度范圍70度,，相當于二等品,，在戶外無空調(diào)環(huán)境下不可用）、磁電式的韋根電子多圈編碼器（在有上下位能變化場合下不可用）,，這三種同時有在銷售,，用戶在采購時是否清楚究竟買的是哪一種？是否在自己使用的場合適用,。

五,、雙編碼器電子計數(shù)器，電池記憶的改進

在今年的上海工博會上,，尼康公司展臺上展示了一種雙編碼器計圈數(shù)的方法,，在征得尼康參展人員的同意下，我拍照了他們展示的圖片：

尼康展示了兩種型號,，一種是單純的光學碼盤加電池,，就是傳統(tǒng)的電池記憶模式。另一種是光學碼盤加電池與磁電式計圈同時集成的雙編碼器方案,。

韋根電子多圈編碼器在進入中國市場時,，其宣傳的賣點就是“沒有電池”，似乎沒有電池就更像是“值編碼器”了,。但是這樣的宣傳誤導了市場,，其一是韋根電子多圈比電池記憶電子多圈好,，其二是韋根電子多圈與機械齒輪箱真多圈編碼器的不加區(qū)分，直接當作多圈值編碼器而蒙混用戶了,。針對韋根的宣傳進攻，電池的代表尼康似乎也有了回應,。就是光學與電磁式的雙原理計數(shù)圈數(shù),，增加容錯性與檢出，并申明用電池能量的“可確定性”,。我們看看廠家宣傳上還有什么沒說的潛臺詞嗎,？

1.電池記憶型的消費電流保持一定，那韋根的會怎么樣,？不確定,。

2.電池的能量及使用壽命可確定，需要更換電池時可以檢出而提前報警,。韋根的能量獲得與存儲有不確定性,。

3.光學與磁電兩種原理計數(shù)，可以避免同源性錯誤,，磁電的錯誤不會影響光學的計數(shù),，光學的錯誤不會影響磁電的計數(shù)。兩種比較后如果不一致可以報警,。

4.既然需要兩種原理計數(shù)器,，說明了單一原理的計數(shù)器存在某種潛在錯誤故障。韋根編碼器是單一磁電原理的,，事實上可能就是存在某種潛在錯誤,！

5.如果單圈值用光學碼盤，多圈計數(shù)器用韋根,，由于光學碼盤的工作需要給光源與傳感器供電,，韋根的微能量不足以供電，仍然需要電池提供斷電后的能量,。還是需要有電池,。

因此，尼康改進型用光學與磁電兩種模式的雙編碼器計數(shù)器,，可以相互檢出可能的故障并報警,。

（請等一等，那錯誤報警意味著兩種方法檢出的數(shù)據(jù)有不同,，又如何判斷哪一種是對的,？停機檢查。容錯安全性有了,，但是效率還是沒有,。）

六,、假如你想做這兩類電子多圈產(chǎn)品，我給你的忠告

十多年前我計劃國產(chǎn)化值多圈編碼器時,，當時也收集了電池記憶型和韋根編碼器（當時已有報道）資料,，以及與機械齒輪箱式值多圈編碼器的比較，終判定前兩種是偽值編碼,，不*的多圈值,，國產(chǎn)化沒有太大意義去做它們而放棄了。專心于機械齒輪箱值多圈編碼器的國產(chǎn)化,。但這十幾年因小型伺服電機的迅猛發(fā)展,，機械齒輪箱式多圈值編碼器因體積大、成本高,，在小型伺服電機上普遍沒有被采納,。小型伺服電機用戶更傾向于電池記憶式，或者也有少量考慮用韋根多圈式,。有網(wǎng)友希望能開發(fā)這兩種電子多圈編碼器,，與我交流有什么樣的瓶頸，需要注意些什么,。

1.電池記憶式：相比較而言,，日系電池記憶式的技術應用較久，在小型電機上的使用也已較為成熟,，關鍵在于低功耗電源分配及穩(wěn)定的管理技術,。并不是連上個電池那么簡單。電池容量是有限的,，斷電待機時間長,，電池很快就會耗盡。所以核心技術是在斷電后的低功耗電源分配管理,，以及通電與斷電的切換時的錯誤屏蔽,。日本工業(yè)在電子手表上已積累有四十年的低功耗電源管理經(jīng)驗，因此日系編碼器也是利用日本在這個方面的資源優(yōu)勢,，而重點發(fā)展了電池低功耗記憶型,。如果國產(chǎn)化也要做，我們目前的現(xiàn)有技術缺少,，涉及到低功耗且穩(wěn)定的光源LED,、低功耗且保持穩(wěn)定精度的傳感器、低功耗電源管理芯片這三個在供應鏈上需進口元器件,，或者國產(chǎn)化逐一突破,。

2.韋根多圈式：磁場零點位置的可確定穩(wěn)定性。同樣國產(chǎn)化在供應鏈上的瓶頸。據(jù)稱韋根編碼器的zhuan利在國外公司A家手上,，但zhuan利的保護內(nèi)容與保護期限均未查到,。核心元器件韋根絲加工生產(chǎn)，為另外一家國外公司 B家買下,，如需采購又需從*的B家采購,，但B家自己也在主推成品韋根編碼器，它既可能是你供應商,，也可能是你競爭對手,。而韋根計數(shù)器及微能量管理儲存的芯片是有第三家國外公司C家提供，*的芯片技術可較好的商用化,，其錯誤故障率較低。如果需要做韋根多圈編碼器,，命運掌握在進口供應鏈上這ABC三家國外公司手上,，不可缺一。

另一家的芯片方案

3.由于國產(chǎn)化在供應鏈上有目前難以逾越的瓶頸,，供應鏈上都需要從多家國外公司分別采購元器件芯片,，而獲得的成果還不是真正的值編碼，僅僅有停電記憶功能,，卻不能保證記憶的數(shù)據(jù)的準確度,，因此我早早放棄了這兩個做國產(chǎn)化的方案。如果有人還是想去做,，我已在上面給出了提醒忠告,。

我給大家推薦的是機械齒輪箱真值編碼的多圈值編碼器。

值編碼器不僅僅是“停電記憶”,，其更重要的意義是因為預先全編碼的*一性,、大的容錯性，以及所帶來的大的可靠性,。而電子多圈技術盡管在有些場合也用得不錯,，但是在大量使用下，單個再小的出錯概率數(shù)量,，也會因使用數(shù)量大而累積出錯概率,，而影響到整個生產(chǎn)線的故障停機，甚至造成事故的發(fā)生,。

七,、對機械齒輪箱真值編碼器的疑問解答

在有上下移動的有位能變化的位置閉環(huán)場合，應該嚴禁使用電子多圈式偽值編碼器,。

因為在停電后由于物體的重量下沉,，靠停電記憶的偽值編碼是靠不住的，容易出現(xiàn)事故,。必須使用真值編碼器,。

關于一些機械齒輪箱值多圈編碼器的疑問：

1.機械齒輪箱值多圈編碼器沒能進入小型伺服電機,，原因是體積較大，成本價高,，轉(zhuǎn)速響應不夠快（多組傳感器的融合刷新,，限制了高轉(zhuǎn)速）。但是機械齒輪箱式值多圈編碼器已用于較大型的伺服電機（異步伺服）上,。

2.機械齒輪箱值多圈編碼器的多圈編碼,，是與單圈編碼整體性編碼的，單,、多圈編碼整體性不可分割,，而并不是單圈編碼+“多圈計數(shù)”。成熟的多圈值技術在單圈,、多圈完整編碼時已經(jīng)考慮了容錯性,，包括齒輪箱齒牙的背隙?？蓞⒁娢夜娞柕膁i一篇文章《編碼器基礎~格雷碼的編碼美學》,。

3.機械齒輪箱多圈值編碼器的碼盤有光學式的，有磁電式的,，也有兩種原理混合式的,，只要符合全行程*一性編碼及容錯性整體編碼原則，各種原理均可實現(xiàn)多圈值編碼,，只是光學單圈碼盤的精度更高,，磁電式抗振動抗水汽灰塵更好。并不存在磁電式抗電磁干擾較差的說法,，SICK的ATM60是全磁電式的,，十多年來大量用于起重、港口機械等較大設備,；GEMPLE的全磁電式多圈編碼器也已用于核磁共振醫(yī)療設備,，在現(xiàn)場磁場強度達到了1.5T強磁場干擾下，未發(fā)生一例因磁場干擾而編碼失效,。

4.機械齒輪箱多圈編碼器的齒輪材質(zhì)絕大部分是工程塑料,，因為編碼器的碼盤是感應式讀取，轉(zhuǎn)軸力矩負載很小,，齒牙的磨損也很小,，設計壽命均超過十年。而金屬齒輪需外表面經(jīng)過特殊表面處理才能使用,，如無特殊處理硬化,，磨出來的金屬微屑進入齒輪箱空間將改變空間電磁場分布，而帶來讀數(shù)的不確定性。如果沒有較好的金屬表面處理技術,，我不建議用金屬齒輪,。

5.后再次放上真值編碼的多圈值編碼器的意義：

值編碼器并不是只是“停電記憶”，

而是 固有的*一性編碼

大的容錯性

*高的可靠性

由于目前市場上“真”“偽”值多圈編碼器的不加區(qū)分,，當你計劃采購“值多圈編碼器”時,，向銷售商家（廠家）了解一下其內(nèi)部的多圈原理，是否只是電子多圈而非真值編碼（全行程）,，以判斷是否在你的應用場合合適,。

本文僅代表作者個人觀點，基于作者二十多年在值多圈編碼器上的經(jīng)驗,，及幾家編碼器廠家在網(wǎng)站與展會上展示的內(nèi)容,。但由于市場上某些編碼器商家（廠家）提供的資料很有限，甚至有些躲躲閃閃的,，本文章采集資料及分析表述難免有局限性,。用戶如需進一步了解，請向提供“多圈編碼器”產(chǎn)品的廠家咨詢,、澄清。

文章部分引用了公眾號《智造商》麥總的資料,，在此表示感謝,。

文章部分引用了尼康公司在上海工博會上展示的圖片，在拍攝時已征得尼康參展商人員的同意,，在此對尼康公司表示感謝,。