一文讀懂編碼器分辨率的三種形式

在選擇編碼器時，我們不僅要考慮編碼器的類型，還要考慮編碼器的接口、分辨率、精度、保護級別等方面，以滿足用戶的控制要求。尤其是編碼器的分辨率和精度與運動控制密切相關。今天我們將討論伺服編碼器的分辨率。

什么是編碼器分辨率

分辨率是指編碼器的每個計數單元之間產生的距離，即編碼器可以測量的最小距離。

 上圖顯示了四個具有不同行數的光電編碼器盤，可以觀察到行的密度不同。

編碼器的分辨率決定了編碼器可以測量的最小距離。編碼器的分辨率通常用“CPR”來描述，線性編碼器的分辨率用“x um”來描述。在本文中，我們將解釋編碼器的分辨率和分辨率的三種形式：原始分辨率、插值分辨率和倍頻程分辨率。

編碼器的原始分辨率

增量光電編碼器的工作原理更便于視覺解讀，因此本文使用增量光電編碼器來解釋分辨率。磁編碼器和感應編碼器的分辨率也與光電編碼器相同。

分辨率的最基本形式：原始分辨率。光電編碼器內部的LED照亮帶有線條的透明碼盤上的光線。碼盤上的行數決定了編碼器的原始分辨率，也稱為每轉循環數（CPR）。原始分辨率最容易觀察到。文章開頭的圖像有四個代碼盤，左側代碼盤上有64行，對應于64CPR的原始分辨率；其他三個碼盤的行數更多，原始分辨率分別為100CPR、200CPR和400CPR，與每個碼盤上的行數相同。

如果編碼器的分辨率和行數始終相同，則分辨率將非常簡單明了，不會那么容易被誤解。

編碼器插值分辨率

編碼器插值信號處理可以有效地提高分辨率，超過原來的CPR。

光電編碼器使用LED陣列而不是單個LED來內部掃描編碼器盤。LED陣列將代碼板上的多行視圖信號發送到信號處理器（子分配器）。如果實際位置在兩條線之間，則信號處理器可以進行插值以找到該位置。

這就像拿一把以毫米為單位的尺子，在每毫米之間添加標記，讀取較小的值，而不實際添加一行。

插值測量可在不需要更多導線的情況下產生更高的分辨率。

如果制造商告訴編碼器的分辨率，那么給定的分辨率就是插值后的分辨率。例如，如果編碼器的額定分辨率為10000CPR，但編碼器磁盤上只有2500行，則需要知道內部模塊進行插值以找到“中間”位置，從而生成更高的分辨率。


 左圖顯示插值前的分辨率，右圖顯示插值后的分辨率

為什么制造商使用插值來提高分辨率？對于原始分辨率，更高的分辨率意味著需要更多更細的線條，這意味著更高的成本，也限制了物理限制。通過插值，制造商可以在不增加編碼器盤尺寸的情況下生產更高分辨率的編碼器。或者，制造具有相同分辨率的編碼器，同時減小編碼器盤的尺寸，對于需要小型化產品的用戶來說至關重要。

原始分辨率基于編碼器碼盤的標線片的分辨率，而插值分辨率基于編碼器信號處理的分辨率，兩者都由編碼器內部處理。事實上，分辨率也可以在編碼器之外進行更改。

編碼器倍頻分辨率

增量編碼器的輸出信號都是正交信號：信號A和信號B，信號A和B之間有90°e（電角度）。通過正交信號，與CPR相比，分辨率加倍的技術可以用于每轉產生四倍的位置信息。



請注意，此處理發生在輸出信號離開編碼器之后。為了實現這一點，我們需要一個編碼器到計數器的接口芯片，如LS7183N。許多可以接收編碼器信號的控制器都內置了具有正交計數功能的模塊，無需自行處理正交信號。

需要特別注意的是：不同的制造商以不同的方式使用不同的術語，尤其是上圖中的CPR（每轉周期或每轉計數）和PPR（每每轉脈沖數或每轉周期數），它們特別容易混淆。不同制造商給出的相同縮寫可能有不同的含義，最好將其區分開來，并與制造商核實。

下圖顯示了不同分辨率在運動控制系統中的位置，包括原生分辨率、插值分辨率和倍頻分辨率。



在市場上，線性編碼器的制造商給出的分辨率通常對應于四次之后的分辨率，而編碼器的制造商給定的分辨率一般對應于每轉的行數或每轉的輸出脈沖數。

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