编码器分辨率、精度和重复精度的定义
目录
概述
1 分辨率
1.1 直线编码器
1.2 旋转编码器
1.2.1 绝对式旋转编码器
1.2.2 增量式旋转编码器
1.2.3 增量式编码器与绝对式编码器的比较
1.6 分辨率类别
2 精度
3 重复精度
3.1 定义
3.2 重复定位精度的图形化表示
4 补充知识
4.1 磁阻效应
4.2 巨磁阻效应
参考文献
概述
本文主要介绍编码器分辨率、精度和重复精度的相关概念。具体包括直线编码器，旋转编码器的相关参数的概念和定义，还补充介绍了其他和编码器相关的一些内容。
1 分辨率
分辨率是编码器能够检测到的最小运动度量。根据编码器类型不同，测量方式也不相同：
1.1 直线编码器
直线编码器: 直线编码器安装在磁栅尺的上方，当栅尺移动时，编码器读取移动的距离 。
分辨率
是一个测量步距的长度。它通常以µm为单位，计算方式为极距（单位为µm）除以细分系数。在印刷应用中，它通常表示为DPI（每英寸点数）。
1.2 旋转编码器
旋转编码器：
如果需要测量旋转运动，可以同轴或离轴形式将旋转编码器安装在旋转轴的末端 。它们可跟踪旋转轴的位置并测量已旋转的角度。同轴形式的编码器位于旋转轴的顶端，磁体则安装在旋转轴上。离轴形式的编码器是通孔型编码器，它尤其适合磁环围绕旋转轴且线缆必须穿过磁环的应用，而编码器的位置远离轴线（离轴 = 通孔）。磁环可以轴向或径向磁化。
分辨率
可表示为角秒、弧分、度、百分度或弧度。
1.2.1 绝对式旋转编码器
绝对式旋转编码器分辨率是一转内的测量段或测量单位的数值，例如一个13位分辨率的绝对式旋转编码器即表示每完整旋转360°有2^13 = 8192个步距。
1.2.2 增量式旋转编码器
增量式旋转编码器以PPR（每转脉冲数）和CPR（每转计数）定义分辨率。PPR表示从一个上升沿到下一个上升沿的信号脉冲，而CPR标记了两个通道的上升沿和下降沿。以电子形式将PPR乘以4可得到CPR。
1.2.3 增量式编码器与绝对式编码器的比较
增量式和绝对式编码器之间的差异可视作秒表和时钟之间的差异。秒表测量的是从开始时刻至结束时刻流逝的相对时间，因此可通过加上这个流逝的时间计算出实际时间。而时钟则相反，它显示的是一天内的确切当前时间。与秒表类似，通过向已知的起始位置添加增量脉冲。
增量式编码器: 指示的是运动的相对位置和方向。 ---- 类似秒表
绝对式编码器: 它读取的是磁栅尺或磁环上的唯一磁化模式，因此可以知道绝对位置。--- 类似时钟
1.6 分辨率类别
分辨率可以归属不同类别，大致表示如下：
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对于直线编码器
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高分辨率：低于100 nm
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中分辨率：200 nm -10 µm
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低分辨率：高于50 µm
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对于旋转编码器：
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高分辨率：高于18位
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中分辨率：13位 -17位
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低分辨率：低于12位
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所选编码器的分辨率应等于或优于应用要求的分辨率。
2 精度
精度是输出值与真实值之间接近程度的度量。它是实际位置与编码器报告位置之间的差异，或简言之，测量的最大误差。编码器精度是栅尺精度和读数头所致误差的组合。
对于旋转编码器，通常表示为角秒或度。对于直线编码器，表示精度的最常用单位是每单位栅尺长度的µm数值 (µm/m)。
注意
高分辨率并不代表具有高精度。
3 重复精度
3.1 定义
重复精度是在同一个实际位置取得的不同测量值之间的最大差异。
单向重复精度
是以相同方向和相同条件运动时，采集的多次测量结果中相同实际位置的不同报告位置之间的差异。电子噪声、温度变化和元器件老化均会导致编码器随时间推移报告相同位置的不同数值。重复精度通常不会明确指出，但会包括在精度规格中。根据一般经验法则，对于特定的编码器，重复精度通常比其精度优约5-10倍（即小约5-10倍）。
双向重复精度
是以相反方向和相同条件运动时，采集的多次测量结果中相同实际位置的不同报告位置之间的差异。
一个系统的重复精度可能非常高，但仍可能不够精确。精度和重复精度之间的区别如下图所示。良好的重复精度并不一定表示同时具有良好的精度；对于许多应用而言，重复精度是最重要的编码器参数之一，例如控制机械手的重复性运动。
3.2 重复定位精度的图形化表示
1）精度高，但是重复定义不好
2）精度不高，但重复定位好
3）精度高，且重复定位性好
4 补充知识
4.1 磁阻效应
磁阻传感器包括一个由磁敏合金条（如镍铁 (NiFe)）制成的电阻。
磁场对电阻的影响：
1）外部磁场会对镍铁中的磁畴施加应力，并降低材料的电阻。
2）移除磁场后，电阻会迅速恢复正常。
特性应用：
磁场对磁阻产生影响，同时会引起电子特性的变化，因此可作为很有用的磁场检测工具。磁阻效应有三种常见类型：各向异性效应 (AMR)、隧道效应 (TMR) 和巨磁阻效应 (GMR)。AMR传感器最常用于编码器行业。
电阻的变化与磁场的极性无关。例如，一个有32个磁极的磁环每转产生32个脉冲，而一个有32个磁极的轮式编码器的霍尔传感器每转只产生16个脉冲。这使得磁阻传感器成为增量式应用的理想选择。
4.2 巨磁阻效应
巨磁电阻效应： 指材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在显著变化的现象。
一般将其定义为GMR＝其中（H）为在磁场H作用下材料的电阻率（0）指[无外磁场]无外磁场作用下材料的电阻率。由外加磁场引起的一些磁性材料的电阻巨大变化（称为巨磁电阻效应）便是磁电子学中一项重要内容。在室温下具有巨磁电阻效应的巨磁电阻材料目前已有许多种类，例如，多层膜巨磁电阻材料，颗粒型巨磁电阻材料，氧化物型巨磁电阻材料，隧道结型磁电阻材料等。
巨磁阻效应与层结构分析
所谓磁阻效应是指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象，巨磁阻效应在1988年由彼得.格林贝格（Peter Grünberg）和艾尔伯.费尔（Albert Fert）分别独立发现，他们因此共同获得2007年诺贝尔物理学奖。研究发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中，铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材料分隔开来。在特定条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，这一现象称为“巨磁阻效应”。
巨磁阻效应可以用量子力学解释，每一个电子都能够自旋，电子的散射率取决于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，则电子散射率就低，穿过磁性层的电子就多，从而呈现低阻抗。反之当自旋方向和磁性材料磁化方向相反时，电子散射率高，因而穿过磁性层的电子较少，此时呈现高阻抗。
基于巨磁阻效应的传感器其感应材料主要有三层：即参考层（Reference Layer或Pinned Layer），普通层（Normal Layer）和自由层（Free Layer）。
参考层: 具有固定磁化方向，其磁化方向不会受到外界磁场方向影响。
普通层: 为非磁性材料薄膜层，将两层磁性材料薄膜层分隔开。
自由层: 磁场方会随着外界平行磁场方向的改变而改变。
参考文献
https://www.rls.si/cn/encoder-handbook/resolution-accuracy-repeatability