7
?
你有沒有注意到，魔術師都有一個漂亮的助手。舞臺上的魔術師用漂亮的助手來轉(zhuǎn)移觀眾的注意力，以順利完成表演。觀眾的注意力越集中到魔術師所所塑造出的場景上，魔術師越容易表演成功。不幸的是，在編碼器行業(yè)也存在這種“魔術師騙局”，設計工程師往往被蒙在鼓里。
這篇文章就是為了拆穿一些數(shù)據(jù)手冊上的“詭計”，幫助設計工程師理清分辨率、可復制性、線性度與精準度之間的關系。
很多工程師仍然認為一個標注每圈 5000 步的旋轉(zhuǎn)編碼器或角度編碼器的可以精確到 1/5000 轉(zhuǎn)，甚至還有一些工程師認為每圈 10000 步的編碼器比每圈 5000 步的編碼器精度高一倍。業(yè)界一些大的光電編碼器公司也沒有動力去糾正這種錯誤觀點，甚至它們還可以渾水摸魚，所以自然樂得這種混淆一直存在下去。
術語里面的魔術
對于角編碼器，分辨率是指其可靠檢測到的最小角度變化，一個真正高分辨率的角編碼器能夠可靠地檢測角度位置非常小的變化。高分辨率的編碼器每圈的步數(shù)一定很高，但有一些角編碼器宣稱有 12 位的精度（相當于每圈 4096 步），但它們沒有告訴工程師，12 位中的最低兩位都是噪聲。
此時，如果系統(tǒng)真的需要編碼器輸出 12 位寬度的數(shù)據(jù)，那么最低兩位的數(shù)據(jù)都是無效數(shù)據(jù)。這種編碼器所能檢測到的最小角度變化遠比 1/4096 轉(zhuǎn)要大，標成 10 位編碼器才名副其實。當然，10 位編碼器遠比 12 位編碼器便宜。沒錯，這就叫做紙面指標（specmanship）。
除了分辨率，編碼器手冊還應該提供另外一個參數(shù)：可重復性（此文中等同于最大測量誤差）。但很少有廠商提供這個參數(shù)。
可重復性是衡量編碼器分辨率質(zhì)量的一個很好的指標，角編碼器的可重復性是指傳感器對于一個既定角度多次測量的最大偏差。理論上，可重復性應該等于±1LSB（最低有效位），達到這個水準才表示角編碼器具備真正低噪聲的輸出。
由于磁滯效應，通常磁性角編碼器的可重復性（測量誤差）大得令人吃驚。一個精密的角編碼器對于同一角度的測量應該有很高的可重復性。
此外，線性度與精確度也很重要，精確度是測量值與真實值之間的差異。大多數(shù)情況下，高線性度角編碼器的精確度也會比較高。
?
光學編碼器
光學編碼器是最常用的一種編碼器，光線通過一個碼盤的（通常是玻璃碼盤）光柵時反射和入射光組合成一個信號來度量碼盤的位置。
玻璃碼盤尺寸很小，所以光學編碼器的廠商都以此為賣點，宣傳玻璃碼盤光學編碼器精密度很高。但這些廠商往往不會明示，如果玻璃碼盤上被灰塵、油脂等雜物弄臟以后會有什么影響。但因為有經(jīng)驗的工程師都會了解光學編碼器的特性，所以這一篇也不會深入探討臟污、玻璃的易碎性、光電器件的壽命和使用溫度范圍等問題。
安裝公差問題則不那么被重視，很多人不了解光學編碼器和環(huán)形編碼器的安裝公差與精確度的關系。假設一個碼盤直徑為 1 英寸光學環(huán)形編碼器具備 18 位精度，即相當于 26.3 萬步每轉(zhuǎn)（譯者注：實為 262144 步每轉(zhuǎn)），很多設計工程師會將該精度等同于 5 角秒（arc-seconds，1 角秒等于 1 度 /3600），但事實上，這種光學編碼器從來達不到 5 角秒的精度。
假設碼盤的安裝偏離中心 0.001 英寸（0.025 毫米），安裝有誤差的原因有很多，在此不一一贅述。要把碼盤安裝到理想位置需要太多的工程微調(diào)，其成本高到不可接受，所以實際使用中的光學編碼器總會有由于位置偏離而造成的測量誤差。
安裝誤差所導致的測量誤差
由于安裝誤差導致的測量誤差等于安裝誤差在碼盤半徑的投射。當安裝誤差為 0.001 英寸時，對于半徑為０.５英寸的碼盤，其測量誤差為２豪弧度或 412 角秒。換句話說，不考起其他的固有誤差，僅安裝偏差就造成的測量誤差就是理想精度的 80 多倍。
從經(jīng)驗上來說，1 英寸直徑的碼盤安裝誤差控制在 0.001 英寸已經(jīng)非常好，實際上安裝誤差在千分之二到百分之一（即 0.002 英寸至 0.01 英寸每英寸），所以實際的精度比預期精度要差幾百倍。
如何破解編碼器的參數(shù)魔術
要看穿編碼器參數(shù)魔術的伎倆，需要做到以下幾點：
- 確保自己理解什么是分辨率、可重復性和精確度
- 認真閱讀數(shù)據(jù)手冊，如果關鍵參數(shù)沒有列出，請立即聯(lián)系原廠或者更換供應商
- 注意安裝公差，特別是在使用光學環(huán)形編碼器與光學編碼器等小尺寸編碼器時
