原标题：从磁编与光编的原理比较各自的优缺点

新技术高速发展，新产品层出不穷。

但是，基本的物理学原理没有改变。数字世界无论怎么变化，无法脱离基本的物理学原理和逻辑关系。工控自动化属于理工科，不是文科。

每一样新产品都有设计的物理原理，以及这样的设计有什么样的好处？如果学习理解了设计原理与新产品设计的意图，那应用起来就可以扬长避短，发挥其最大的效用。

近几年磁编发展迅猛，关于磁编与光编的比较和争议的话题，也就多了起来。

要说比较，也就需要从磁编、光编的原理，和最初设计者的意图的学习理解开始。

本文讨论的范围，是磁编、光编都是作为测量旋转角度的传感器。

我们先从传感器的原理框图开始.

我们都生活在物理真实世界，智能制造的数字化，从物理世界到数字世界，数字从哪里来？是传感器！

磁编与光编都是传感器的一种，它们在传感器原理框图的“物理换能器”和“信号调理器”部分不同，而在后面的“微处理器”和“输出调理器”是一样的，那我们重点就来学习分析“物理换能器”的不同。

光电编码器的工作原理

机械转轴旋转机械能“激励”，带动刻线码盘旋转；

发光源主动激励，透过“码盘刻线”的旋转，在码盘后面发生光通量的明和暗的变换，光能量传感器接收光的明和暗的变化，而输出电信号，完成从机械能—光能—电信号的“物理换能器”。

其中，光源为“主动激励”，为屏蔽环境噪音提高信噪比；

聚光透镜、遮掩隔栅、刻线码盘都可以作为物理调理，直接调理信号；

刻线码盘工艺成熟，刻线精细，周期数高，可以达到更高的分辨率和精度；

传感器感应光通量，可以物理直接输出优质的正余弦信号。

从光电编码器原理分析的突出优点：

1，信噪比高，可对环境针对性屏蔽。

2，信号调理直接物理方式，刻线精细周期数高，精度高，可通过细分获得更高的分辨率。

3，传感器直接优质正余弦信号输出，响应快。

磁电编码器的工作原理

机械转轴旋转机械能“激励”，带动永磁体磁场旋转；

磁电感应传感器接收磁场的峰谷的变化，而输出电信号，完成从机械能—磁场—电信号的“物理换能器”。

其余磁编结构形式可参见我过去的公众号文章。

从原理来看，磁编换能器要比光编的器件少而简单

磁编与光编比较的缺点也比较明显

1，感应方式为“被动激励模式”，信噪比要差，依靠感应传感器内的正交4个传感器平衡比较（霍尔或磁阻传感器）；

2，永磁体为烧结充磁，磁场一致性不确定，磁场曲线不可物理调理，精度难以保证；

3，变化周期数少，影响分辨率的提高；

4，磁场曲线非正余弦，影响精度，磁感应存在磁滞效应，需传感器内部调理，由于信噪比低，电子纹波需作数字化平均，牺牲响应；

5，由于磁场曲线一致性不确定，影响精度；

6，如需更高的分辨率，由于精度较低，需外部MCU微处理器算法补偿校准后再能细分，牺牲响应；

7，算法补偿校准没有误差分离手段，仅能补偿误差固定部分的系统误差，对于磁场一致性误差变化与电气纹波难以确定性补偿校准。

磁编与光编比较，缺点明显：

精度、分辨率，输出响应。

磁编的分辨率经过二次调理与平均算法补偿，响应牺牲明显，获得的“分辨率”是静态分辨率。

磁编与光编比较的优点：

1，器件少成本低，生产工艺简单；

2，环境影响小（水气灰尘和温度变化）；

3，器件少，抗干扰略好。

误传的磁编抗干扰不如光编，实则是大量电子多圈编码器为磁编+多圈计数器（例如韦根编码器的韦根线圈计数器），因受到干扰而出现错误信号，造成市场误传误信“磁编抗干扰不好”；

4，磁编借助于在汽车电子上的应用而大量发展，因大规模批量化而成本迅速下降。同时，磁编大量在汽车电子上的应用，已证明磁编的抗干扰特性。

光编受环境与干扰的影响，如下图：

根据以上原理的学习与分析，我们可以注意到磁编与光编比较分析：

光编原理，磁编原理，原理上的不同

——磁体，磁场，被动激励

——光源、透镜、格栅、码盘，主动激励。

信号调理，光编，可在透镜格栅上调整，直接出正余弦信号，一致性好。磁编，磁体磁场难以保证高度的一致性，正余弦信号的调制是在磁编传感器芯片里做。

比较的结果，光编信号一致性与精度可控，磁编信号调理的一致性与精度不如光编。

细分倍数，根据国外编码器的资料和示波器李沙图分析，细分的电子纹波大约在1%（7位精度），通过电子调理，一般细分在12—14位。例如海德汉光编的物理刻线是2048线，正余弦输出，经过细分最大达到25位（11位刻线+14位细分）。

由于光编可以获得更细的物理刻线，并且信号调理是在前级就做了，光编的信号质量一致性与精度可控。

响应，光编的信号调理是在前级用物理方式实现的，直接出高质量正余弦信号，直接细分，细分倍数一般12位，响应快。

磁编信号调理是在磁编芯片里做的，需要克服电子纹波，误差分离计算平均值，牺牲了响应度。如果在磁编芯片后再次做信号细分与补偿，二次牺牲响应度，磁编的响应远远低于光编。

光编与磁编的比较根本的不同在哪里？

物理换能器的精度可控性和信号调理器的方式的不同。

光编能实现高精度、高响应的根本，是在物理换能器与信号物理调理，是精度一致性可控的、调理同步进行的，没有延时。

光源—主动激励—提高信噪比；

透镜—遮掩隔栅—码盘刻线的设计，可以优化获得的正余弦曲线；

光电传感器—单场扫描技术消除共模噪音与污染；

信号调理为物理方式，调理是在传感器感应的同时实现，确保提高精度并没有延时，可确定性。

而磁编在编码器精度和分辨率上的瓶颈，是信号源磁铁产生磁场的可知、可控的不确定性（高精度要求），并且信号调理是在传感器感应之后，有滞后延时。如果对于磁铁磁场曲线的研究缺少物理实验室技术手段，误差不可知，无可进行误差分析，无可进行误差分离。那么，在传感器感应信号之后的各种所谓“算法补偿、校准”都失去了意义，磁场精度都不确定，感应后信号调理的延时不确定，一切算法都是基于不确定的模糊与漂移抖动的。单磁极磁编在细分14位以上的各种算法补偿都是瞎折腾，对用户的宣传是不负责任的。

磁编再发展与提高——提高磁场精度与一致性可控性。

磁编再要提高，是在对永磁铁磁场曲线的研究，如何可知、可控，在传感器感应之前即可信号调理到高精度的稳定的磁场，这需要磁场物理实验室技术的支持。而不是在传感器已经出了信号之后，再去“调理”算法补偿。

磁编的优势在哪里？寸有所长，尺有所短。

磁编的应用场景，环境因素的影响小。灰尘、水气、振动、温度变化等。在放弃高精度、高分辨率的要求下，突出环境耐用性可靠性，在大型设备较复杂环境下的可靠性应用。

磁编抗干扰较差吗？那是被甩锅的冤枉。

磁编电子多圈编码器的计数器被干扰的错误（例如韦根线圈的磁编），而不是磁编抗干扰不行，是卖电子多圈市场销售的在甩黑锅。实际上磁编抗干扰与可靠性早已经长期获得证明，例如德国海德汉的ROQ425绝对值多圈编码器，其机械齿轮箱多圈传感器是磁编；德国SICK的ATM60绝对值多圈编码器，更是机械齿轮箱绝对值多圈的全磁电传感器。上面这两个型号的编码器在市场上的可靠应用，已经超过了二十年。

磁编成本较低，由于磁编芯片在汽车电子的大量使用，规模化生产后带来成本的大幅度降低。但是，由于有些磁编是用在高可靠性要求的场景，在提高可靠性方面的设计提高了产品成本。

在需要高精度、高响应的运动控制中光编更有满足功能性能的优势，但是磁编成本较低。

在较差工作环境下磁编更有满足性能的优势，例如在自动化项目中的大型设备，安全保护性设备，更关注环境影响的可靠性，可选用磁编，尤其是全磁电的机械齿轮箱真绝对值多圈编码器。

本文转自@Q公众号