编码器精度和分辨率的区别

编码器的精度（Accuracy）和分辨率（Resolution）是两个密切相关但本质不同的关键性能指标。它们经常被混淆，理解它们的区别对于正确选型和应用编码器至关重要。

简单来说：

• 分辨率：编码器能“看到”或“报告”的最小位置变化量。它关乎细节的精细程度。
• 精度：编码器报告的位置与实际物理位置之间的接近程度。它关乎结果的正确性。

下面详细解释：

1. 分辨率 (Resolution)

• 定义：分辨率是指编码器能够检测和输出的最小位移量或角度变化量。它决定了编码器输出信号的“精细程度”。
• 单位：
  • 增量式编码器：通常用每转的脉冲数（PPR, Pulses Per Revolution）或每转的计数数（CPR, Counts Per Revolution，通常为PPR的4倍，因为可四倍频）表示。例如，1000 PPR 的编码器，每转一圈输出1000个脉冲，其角分辨率就是 360° / 1000 = 0.36°。
  • 绝对式编码器：通常用**位数（Bits）**表示。例如，12位绝对编码器有 2¹² = 4096 个唯一位置码，其分辨率为 360° / 4096 ≈ 0.088°。
• 类比：想象一把尺子。
  • 一把尺子最小刻度是1毫米，它的分辨率就是1毫米。
  • 另一把尺子最小刻度是0.1毫米，它的分辨率就是0.1毫米。
  • 第二把尺子能“看到”更小的长度变化，分辨率更高。
• 关键点：
  • 高分辨率意味着编码器能感知更微小的位置变化。
  • 分辨率是编码器固有的、理论上的最小步进能力。
  • 高分辨率不等于高精度。

2. 精度 (Accuracy)

• 定义：精度是指编码器测量出的位置值与被测物体实际真实位置之间的最大偏差。它反映了测量结果的“正确性”或“可信度”。
• 单位：通常用角度单位（如**角分 ‘ 或角秒 ” **）或长度单位（如微米 μm）表示，有时也用分辨率的百分比表示。
  • 例如，一个编码器的精度为 ±10角秒（±10″），意味着在任何位置，其读数与真实位置的偏差不会超过10角秒。
• 类比：继续用尺子的例子。
  • 假设有一把刻度非常精细（分辨率0.1mm）的尺子，但它的“0”刻度线实际上偏离了真实起点0.5mm。那么，无论你读得多仔细（高分辨率），你的所有测量结果都会有一个至少0.5mm的系统误差。这把尺子的精度就很差。
  • 另一把尺子刻度是1mm（分辨率较低），但它的刻度线位置非常准确，误差只有±0.1mm。这把尺子的精度就很高。
• 影响精度的因素（这些因素可能导致高分辨率的编码器精度不高）：
  • 刻度盘/码盘的制造误差：光刻或蚀刻过程中的不完美。
  • 轴承跳动或机械安装误差：轴的偏心、晃动或安装不对中。
  • 读数头（传感器）的对准误差：传感器与码盘之间的间隙、平行度或对齐偏差。
  • 温度漂移：材料热胀冷缩导致的尺寸变化。
  • 信号处理误差：电子线路的噪声、量化误差等。
• 关键点：
  • 精度是关于测量值与真实值的符合程度。
  • 精度通常低于分辨率。例如，一个分辨率为0.088° (12位) 的编码器，其精度可能是±0.175° (±630″)。
  • 高精度通常需要高分辨率作为基础，但高分辨率不一定能实现高精度。

3. 一个形象的比喻

想象一个钟表：

• 分辨率：秒针的存在。它能显示到“秒”，分辨率就是1秒。如果只有时针和分针，分辨率就是1分钟。
• 精度：这个钟表显示的时间与标准原子钟时间的偏差。一个有秒针（高分辨率）的钟表，如果走快了5分钟，它的精度就很差（偏差5分钟）。另一个只有分针（低分辨率）但时间非常准的钟表，它的精度就很高。

4. 总结对比表

5. 选型建议

• 如果你的应用需要检测非常微小的移动（如精密定位、微调），高分辨率是首要考虑。
• 如果你的应用要求位置绝对正确（如计量、高精度加工），高精度是关键，此时不仅要关注分辨率，更要关注制造商给出的精度规格和影响精度的因素（如安装要求、温度范围）。
• 通常，为了达到高精度，必须选择足够高的分辨率，并配合精密的制造和安装工艺。