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绝对值编码器中分辨率、精度和可重复性参数的含义

编码器的参数,大多数人都只关心编码器的分辨率是多少位的,而忽略了它的精度和可重复性。

在很多编码器的性能介绍中,甚至是进口产品,其实只是标明了分辨率,故意忽略或混淆精度、分辨率和可重复性的参数。

那么编码器的分辨率、精度和可重复性分别有哪些含义呢?

分辨率

分辨率是可以显示或测量的最小刻度单位,这个相对来说最好理解。用机械时钟打个比喻:时针的分辨率是小时,分针的分辨率是分,秒针的分辨率是秒。分辨率是指编码器能够分辨的最小位置变化(步数),其大小取决于所使用的感应元件。通常来说,采用细分的方式可提高编码器的分辨率,但细分却会增加信号噪声。旋转编码器的分辨率通常以轴每旋转一周的信号输出变化(步数),或者,线性编码器以每毫米距离对应的信号输出变化(步数)来表示。如果步数是2的指数倍,则分辨率通常以“位”的形式表示。例如:12位=4096分辨率,13位=8192分辨率。

那么是不是分辨率高就意味着精准呢?那可不一定。还有几个非常重要的概念。

精度

精度是指测量值与真实值之间的接近程度。不与标准进行比较,精度就无从谈起。精度由传感器的基本误差极限和影响量(如温度变化、湿度变化、电源波动、频率改变等)引起的改变量极限确定。编码器的精度确定了位置输出的系统总测量误差。测量误差通常包括多种因素造成的系统偏差,如非线性、迟滞或对工作环境(如温度、振动)的交叉敏感度等。通过线性化处理可部分或完全纠正系统误差。编码器的精度通常以角度或距离表示。

重复精度

又称可重复性,是指在外部状态不变的情况下重现相同结果的能力。在某些应用中,可重复性可能会比精度更加重要。这是因为,如果系统具有可重复性,那么误差可以通过补偿被消除掉。

举个射飞镖例子:如果飞镖打得到处都是,那么它既不准确也不可重复。如果飞镖都打到一个地方了,但不在靶心,那么精度差,但是重复性好,这种情况下,只要换个位置站就好了(补偿)。

编码器的分辨率、精度和可重复性之间的关系,再看张图:

所以,分辨率指的是编码器测量值的最小刻度单位,它所描述的是量化刻度的细度大小,反应了在测量过程中从检测元件能读取到的最小变化量;但这个并不能说明它的精度是多少。因为精度其实是指测量值与真实值之间的接近程度,它是需要和标准值进行比较的。

比如一把量程1 米的卷尺,有 1000 个刻度,分辨率 1/1000 m (即:1mm);用标准尺量下,绝对误差为 +5 mm/m,精度为 +0.5%;如果能把尺拉长 20 mm,此时绝对误差增加为 +25 mm,精度降为2.5%,可是尺还是 1000 个刻度,其分辨率还是 1mm。

对于编码器来说,分辨率仅仅是指其输出值刻度的细分大小,它体现了编码器所能够分辨的最小位置变化量。但我们不能将这个最小量化刻度就当成是编码器的精度。因为,编码器的精度其实是指其测量输出与实际位置值之间的接近程度,或者说是误差的大小。事实上,编码器在其行程范围内每一步的测量输出与真实位置值之间都是会存在不同程度的偏差的,厂家一般会把这个偏差的最大值标称为编码器的定位精度,通常以角度或距离表示。编码器的精度由传感器的基本误差极限和温度变化、湿度变化、电源波动、频率改变…等影响量所引起的改变量极限决定。同时要标定这个精度数据的规格,也是要借助专用仪器(比如:分度仪…)在专门的测量环境中进行校验的。

另外,编码器在同一个位置的多次测量,还会表现出相近但不相同的输出结果,即使在外部条件不变的情况下亦是如此。我们将这种重现相同测量结果的能力称为编码器的可重复性。它反映了位置反馈的确定性,因此对于编码器来说,也是一个极为重要的性能指标,一般是以对同一给定位置连续测量五次的输出的最大偏差来标定。

读完本文 您对编码器的这三个主要参数是否了解了呢!

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