原標題：從磁編與光編的原理比較各自的優缺點

新技術高速發展，新產品層出不窮。

但是，基本的物理學原理沒有改變。數字世界無論怎麼變化，無法脫離基本的物理學原理和邏輯關係。工控自動化屬於理工科，不是文科。

每一樣新產品都有設計的物理原理，以及這樣的設計有什麼樣的好處？如果學習理解了設計原理與新產品設計的意圖，那應用起來就可以揚長避短，發揮其最大的效用。

近幾年磁編髮展迅猛，關於磁編與光編的比較和爭議的話題，也就多了起來。

要說比較，也就需要從磁編、光編的原理，和最初設計者的意圖的學習理解開始。

本文討論的範圍，是磁編、光編都是作爲測量旋轉角度的傳感器。

我們先從傳感器的原理框圖開始.

我們都生活在物理真實世界，智能製造的數字化，從物理世界到數字世界，數字從哪裏來？是傳感器！

磁編與光編都是傳感器的一種，它們在傳感器原理框圖的“物理換能器”和“信號調理器”部分不同，而在後面的“微處理器”和“輸出調理器”是一樣的，那我們重點就來學習分析“物理換能器”的不同。

光電編碼器的工作原理

機械轉軸旋轉機械能“激勵”，帶動刻線碼盤旋轉；

發光源主動激勵，透過“碼盤刻線”的旋轉，在碼盤後面發生光通量的明和暗的變換，光能量傳感器接收光的明和暗的變化，而輸出電信號，完成從機械能—光能—電信號的“物理換能器”。

其中，光源爲“主動激勵”，爲屏蔽環境噪音提高信噪比；

聚光透鏡、遮掩隔柵、刻線碼盤都可以作爲物理調理，直接調理信號；

刻線碼盤工藝成熟，刻線精細，週期數高，可以達到更高的分辨率和精度；

傳感器感應光通量，可以物理直接輸出優質的正餘弦信號。

從光電編碼器原理分析的突出優點：

1，信噪比高，可對環境針對性屏蔽。

2，信號調理直接物理方式，刻線精細週期數高，精度高，可通過細分獲得更高的分辨率。

3，傳感器直接優質正餘弦信號輸出，響應快。

磁電編碼器的工作原理

機械轉軸旋轉機械能“激勵”，帶動永磁體磁場旋轉；

磁電感應傳感器接收磁場的峯谷的變化，而輸出電信號，完成從機械能—磁場—電信號的“物理換能器”。

其餘磁編結構形式可參見我過去的公衆號文章。

從原理來看，磁編換能器要比光編的器件少而簡單

磁編與光編比較的缺點也比較明顯

1，感應方式爲“被動激勵模式”，信噪比要差，依靠感應傳感器內的正交4個傳感器平衡比較（霍爾或磁阻傳感器）；

2，永磁體爲燒結充磁，磁場一致性不確定，磁場曲線不可物理調理，精度難以保證；

3，變化週期數少，影響分辨率的提高；

4，磁場曲線非正餘弦，影響精度，磁感應存在磁滯效應，需傳感器內部調理，由於信噪比低，電子紋波需作數字化平均，犧牲響應；

5，由於磁場曲線一致性不確定，影響精度；

6，如需更高的分辨率，由於精度較低，需外部MCU微處理器算法補償校準後再能細分，犧牲響應；

7，算法補償校準沒有誤差分離手段，僅能補償誤差固定部分的系統誤差，對於磁場一致性誤差變化與電氣紋波難以確定性補償校準。

磁編與光編比較，缺點明顯：

精度、分辨率，輸出響應。

磁編的分辨率經過二次調理與平均算法補償，響應犧牲明顯，獲得的“分辨率”是靜態分辨率。

磁編與光編比較的優點：

1，器件少成本低，生產工藝簡單；

2，環境影響小（水氣灰塵和溫度變化）；

3，器件少，抗干擾略好。

誤傳的磁編抗干擾不如光編，實則是大量電子多圈編碼器爲磁編+多圈計數器（例如韋根編碼器的韋根線圈計數器），因受到干擾而出現錯誤信號，造成市場誤傳誤信“磁編抗干擾不好”；

4，磁編藉助於在汽車電子上的應用而大量發展，因大規模批量化而成本迅速下降。同時，磁編大量在汽車電子上的應用，已證明磁編的抗干擾特性。

光編受環境與干擾的影響，如下圖：

根據以上原理的學習與分析，我們可以注意到磁編與光編比較分析：

光編原理，磁編原理，原理上的不同

——磁體，磁場，被動激勵

——光源、透鏡、格柵、碼盤，主動激勵。

信號調理，光編，可在透鏡格柵上調整，直接出正餘弦信號，一致性好。磁編，磁體磁場難以保證高度的一致性，正餘弦信號的調製是在磁編傳感器芯片裏做。

比較的結果，光編信號一致性與精度可控，磁編信號調理的一致性與精度不如光編。

細分倍數，根據國外編碼器的資料和示波器李沙圖分析，細分的電子紋波大約在1%（7位精度），通過電子調理，一般細分在12—14位。例如海德漢光編的物理刻線是2048線，正餘弦輸出，經過細分最大達到25位（11位刻線+14位細分）。

由於光編可以獲得更細的物理刻線，並且信號調理是在前級就做了，光編的信號質量一致性與精度可控。

響應，光編的信號調理是在前級用物理方式實現的，直接出高質量正餘弦信號，直接細分，細分倍數一般12位，響應快。

磁編信號調理是在磁編芯片裏做的，需要克服電子紋波，誤差分離計算平均值，犧牲了響應度。如果在磁編芯片後再次做信號細分與補償，二次犧牲響應度，磁編的響應遠遠低於光編。

光編與磁編的比較根本的不同在哪裏？

物理換能器的精度可控性和信號調理器的方式的不同。

光編能實現高精度、高響應的根本，是在物理換能器與信號物理調理，是精度一致性可控的、調理同步進行的，沒有延時。

光源—主動激勵—提高信噪比；

透鏡—遮掩隔柵—碼盤刻線的設計，可以優化獲得的正餘弦曲線；

光電傳感器—單場掃描技術消除共模噪音與污染；

信號調理爲物理方式，調理是在傳感器感應的同時實現，確保提高精度並沒有延時，可確定性。

而磁編在編碼器精度和分辨率上的瓶頸，是信號源磁鐵產生磁場的可知、可控的不確定性（高精度要求），並且信號調理是在傳感器感應之後，有滯後延時。如果對於磁鐵磁場曲線的研究缺少物理實驗室技術手段，誤差不可知，無可進行誤差分析，無可進行誤差分離。那麼，在傳感器感應信號之後的各種所謂“算法補償、校準”都失去了意義，磁場精度都不確定，感應後信號調理的延時不確定，一切算法都是基於不確定的模糊與漂移抖動的。單磁極磁編在細分14位以上的各種算法補償都是瞎折騰，對用戶的宣傳是不負責任的。

磁編再發展與提高——提高磁場精度與一致性可控性。

磁編再要提高，是在對永磁鐵磁場曲線的研究，如何可知、可控，在傳感器感應之前即可信號調理到高精度的穩定的磁場，這需要磁場物理實驗室技術的支持。而不是在傳感器已經出了信號之後，再去“調理”算法補償。

磁編的優勢在哪裏？寸有所長，尺有所短。

磁編的應用場景，環境因素的影響小。灰塵、水氣、振動、溫度變化等。在放棄高精度、高分辨率的要求下，突出環境耐用性可靠性，在大型設備較複雜環境下的可靠性應用。

磁編抗干擾較差嗎？那是被甩鍋的冤枉。

磁編電子多圈編碼器的計數器被幹擾的錯誤（例如韋根線圈的磁編），而不是磁編抗干擾不行，是賣電子多圈市場銷售的在甩黑鍋。實際上磁編抗干擾與可靠性早已經長期獲得證明，例如德國海德漢的ROQ425絕對值多圈編碼器，其機械齒輪箱多圈傳感器是磁編；德國SICK的ATM60絕對值多圈編碼器，更是機械齒輪箱絕對值多圈的全磁電傳感器。上面這兩個型號的編碼器在市場上的可靠應用，已經超過了二十年。

磁編成本較低，由於磁編芯片在汽車電子的大量使用，規模化生產後帶來成本的大幅度降低。但是，由於有些磁編是用在高可靠性要求的場景，在提高可靠性方面的設計提高了產品成本。

在需要高精度、高響應的運動控制中光編更有滿足功能性能的優勢，但是磁編成本較低。

在較差工作環境下磁編更有滿足性能的優勢，例如在自動化項目中的大型設備，安全保護性設備，更關注環境影響的可靠性，可選用磁編，尤其是全磁電的機械齒輪箱真絕對值多圈編碼器。

本文轉自@Q公衆號