一文读懂编码器分辨率的三种形式

一文读懂编码器分辨率的三种形式

在选择编码器时，我们不仅要考虑编码器的类型，还要考虑编码器的接口、分辨率、精度、保护级别等方面，以满足用户的控制要求。尤其是编码器的分辨率和精度与运动控制密切相关。今天我们将讨论伺服编码器的分辨率。

什么是编码器分辨率

分辨率是指编码器的每个计数单元之间产生的距离，即编码器可以测量的最小距离。

 上图显示了四个具有不同行数的光电编码器盘，可以观察到行的密度不同。

编码器的分辨率决定了编码器可以测量的最小距离。编码器的分辨率通常用“CPR”来描述，线性编码器的分辨率用“x um”来描述。在本文中，我们将解释编码器的分辨率和分辨率的三种形式：原始分辨率、插值分辨率和倍频程分辨率。

编码器的原始分辨率

增量光电编码器的工作原理更便于视觉解读，因此本文使用增量光电编码器来解释分辨率。磁编码器和感应编码器的分辨率也与光电编码器相同。

分辨率的最基本形式：原始分辨率。光电编码器内部的LED照亮带有线条的透明码盘上的光线。码盘上的行数决定了编码器的原始分辨率，也称为每转循环数（CPR）。原始分辨率最容易观察到。文章开头的图像有四个代码盘，左侧代码盘上有64行，对应于64CPR的原始分辨率；其他三个码盘的行数更多，原始分辨率分别为100CPR、200CPR和400CPR，与每个码盘上的行数相同。

如果编码器的分辨率和行数始终相同，则分辨率将非常简单明了，不会那么容易被误解。

编码器插值分辨率

编码器插值信号处理可以有效地提高分辨率，超过原来的CPR。

光电编码器使用LED阵列而不是单个LED来内部扫描编码器盘。LED阵列将代码板上的多行视图信号发送到信号处理器（子分配器）。如果实际位置在两条线之间，则信号处理器可以进行插值以找到该位置。

这就像拿一把以毫米为单位的尺子，在每毫米之间添加标记，读取较小的值，而不实际添加一行。

插值测量可在不需要更多导线的情况下产生更高的分辨率。

如果制造商告诉编码器的分辨率，那么给定的分辨率就是插值后的分辨率。例如，如果编码器的额定分辨率为10000CPR，但编码器磁盘上只有2500行，则需要知道内部模块进行插值以找到“中间”位置，从而生成更高的分辨率。


 左图显示插值前的分辨率，右图显示插值后的分辨率

为什么制造商使用插值来提高分辨率？对于原始分辨率，更高的分辨率意味着需要更多更细的线条，这意味着更高的成本，也限制了物理限制。通过插值，制造商可以在不增加编码器盘尺寸的情况下生产更高分辨率的编码器。或者，制造具有相同分辨率的编码器，同时减小编码器盘的尺寸，对于需要小型化产品的用户来说至关重要。

原始分辨率基于编码器码盘的标线片的分辨率，而插值分辨率基于编码器信号处理的分辨率，两者都由编码器内部处理。事实上，分辨率也可以在编码器之外进行更改。

编码器倍频分辨率

增量编码器的输出信号都是正交信号：信号A和信号B，信号A和B之间有90°e（电角度）。通过正交信号，与CPR相比，分辨率加倍的技术可以用于每转产生四倍的位置信息。



请注意，此处理发生在输出信号离开编码器之后。为了实现这一点，我们需要一个编码器到计数器的接口芯片，如LS7183N。许多可以接收编码器信号的控制器都内置了具有正交计数功能的模块，无需自行处理正交信号。

需要特别注意的是：不同的制造商以不同的方式使用不同的术语，尤其是上图中的CPR（每转周期或每转计数）和PPR（每每转脉冲数或每转周期数），它们特别容易混淆。不同制造商给出的相同缩写可能有不同的含义，最好将其区分开来，并与制造商核实。

下图显示了不同分辨率在运动控制系统中的位置，包括原生分辨率、插值分辨率和倍频分辨率。



在市场上，线性编码器的制造商给出的分辨率通常对应于四次之后的分辨率，而编码器的制造商给定的分辨率一般对应于每转的行数或每转的输出脉冲数。

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