日本MTL MAS-3超微型絕(jué)對式編碼器(qì)技術(shù)介紹：磁阻(zǔ)傳感與SSI串行通信(xìn)在狹(xiá)小(xiǎo)空間(jiān)精密定(dìng)位(wèi)中(zhōng)的應用(yòng)

在(zài)微(wēi)型機(jī)器(qì)人(rén)關(guān)節，精密醫療設備，光(guāng)學調(tiáo)整(zhěng)機(jī)構(gòu)及(jí)小(xiǎo)型(xíng)伺服(fú)係(xì)統(tǒng)等(děng)應用場景中，安(ān)裝空(kōng)間(jiān)的限製往往是(shì)設計(jì)工程師麵(miàn)臨(lín)的(dí)首(shǒu)要(yào)約束。傳(chuán)統編碼器(qì)因(yīn)體(tǐ)積過大(dà)無(wú)法嵌入設備(bèi)內(nèi)部，迫使設計者不(bù)得不犧牲精(jīng)度或(huò)增(zēng)大(dà)設備尺寸(cùn)。日(rì)本(běn)MTL（Microtech Laboratory Co., Ltd.）的(dí)MAS-3超(chāo)微型(xíng)絕(jué)對(duì)式(shì)編碼器通過磁(cí)阻傳感(gǎn)技術與超(chāo)小型化封(fēng)裝(zhuāng)設計，在(zài)φ6mm的(dí)尺寸(cùn)內實現(xiàn)了(liǎo)12bit絕對(duì)位置(zhì)檢測(cè)，為狹(xiá)小(xiǎo)空(kōng)間精(jīng)密定位(wèi)提供(gōng)了(liǎo)解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)。

一，磁(cí)阻傳感(gǎn)原理：非接觸(chù)式絕對位(wèi)置(zhì)檢測(cè)

MAS-3采用磁(cí)阻（MR，Magneto-Resistive）傳感技術(shù)實現(xiàn)非(fēi)接(jiē)觸(chù)式(shì)絕(jué)對位置檢測。其(qí)核心結構由小型(xíng)永磁體和磁(cí)阻傳感(gǎn)元(yuán)件(jiàn)組(zǔ)成：永(yǒng)磁體(tǐ)安裝於(yú)旋(xuán)轉軸(zhóu)上，隨軸旋轉(zhuǎn)時產生(shēng)的(dí)磁(cí)場(cháng)方向(xiàng)發(fā)生變化；磁(cí)阻(zǔ)傳(chuán)感元件檢測磁(cí)場方向(xiàng)的變化(huà)，將其轉(zhuǎn)換為電(diàn)信號。

與(yǔ)光學編碼器(qì)相比(bǐ)，磁阻傳感技術具(jù)有以(yǐ)下(xià)特點(diǎn)：

• 抗(kàng)汙染能(néng)力強：不受(shòu)灰塵(chén)，油汙等環境(jìng)因素的(dí)影(yǐng)響，在醫(yī)療設備(bèi)，半導體製造(zào)等潔淨(jìng)度(dù)要(yào)求較(jiào)高的場(cháng)景中(zhōng)仍可穩(wěn)定工(gōng)作

• 結構簡潔：無(wú)需復雜(zá)的碼(mǎ)盤和光(guāng)學係統(tǒng)，可靠性(xìng)較高(gāo)

• 非接觸式(shì)測量：無機械磨損，使(shǐ)用壽命長(cháng)

MAS-3將(jiāng)磁阻傳感元件(jiàn)與信(xìn)號(hào)處理(lǐ)電(diàn)路(lù)高度集成於φ6mm的殼體內，實(shí)現了(liǎo)超小型(xíng)化(huà)與高可靠(kào)性(xìng)的兼(jiān)顧。

二，單(dān)圈絕(jué)對式編碼：斷電位置記(jì)憶，無(wú)需(xū)回(huí)零

MAS-3屬(shǔ)於單圈(quān)絕對(duì)式編碼器(qì)。與(yǔ)增量(liáng)式編(biān)碼(mǎ)器不(bù)同，絕對式編(biān)碼(mǎ)器(qì)在(zài)碼(mǎ)盤上為每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置(zhì)分(fēn)配的(dí)編(biān)碼(mǎ)圖案，讀(dú)取時(shí)直接輸(shū)出該(gāi)位置(zhì)的編碼值(zhí)，該值與運(yùn)動歷史(shǐ)無關。

單圈絕對(duì)式編碼(mǎ)的核(hé)心價(jià)值在於(yú)：斷電(diàn)後(hòu)位(wèi)置信(xìn)息不丟失(shī)，重(zhòng)新(xīn)上(shàng)電即可(kě)直接(jiē)讀(dú)取當前絕對位(wèi)置(zhì)，無需執(zhí)行回零(líng)操作。在微(wēi)型機器(qì)人，精(jīng)密醫療(liáo)設備(bèi)等應(yīng)用中，這(zhè)一特性避(bì)免了因(yīn)斷(duàn)電(diàn)回零(líng)帶(dài)來的(dí)設(shè)備(bèi)復(fù)位時間(jiān)和安全(quán)隱(yǐn)患(huàn)，顯著提升了設備啟停效(xiào)率(shuài)與(yǔ)運行可靠(kào)性(xìng)。

MAS-3的分(fēn)辨率為(wéi)12bit（4,096脈衝/轉(zhuǎn)） 。這一(yī)分辨(biàn)率(shuài)水平可滿足(zú)大多數(shù)微型精密定(dìng)位場景對角(jiǎo)度檢測的(dí)需求。

三(sān)，SSI串(chuàn)行通信(xìn)：少(shǎo)綫數高速數(shù)據(jù)傳(chuán)輸

MAS-3采(cǎi)用(yòng)SSI（同步串行接口，Synchronous Serial Interface） 作為通信協議。SSI是(shì)一(yī)種主(zhǔ)從(cóng)式同步串行(háng)通信協議，廣泛應用(yòng)於(yú)絕對式編(biān)碼器(qì)與(yǔ)控(kòng)製(zhì)器之(zhī)間(jiān)的數據傳輸(shū)。

SSI通(tōng)信的(dí)工(gōng)作(zuò)流程如下：

1. 控製(zhì)器（主(zhǔ)機(jī)）發(fā)出(chū)時鐘脈衝信(xìn)號

2. 編(biān)碼(mǎ)器(qì)（從(cóng)機(jī)）在每個時(shí)鐘上(shàng)升(shēng)沿(yán)按(àn)位輸(shū)出(chū)位置(zhì)數據

3. 控(kòng)製(zhì)器通(tōng)過讀取時(shí)鐘(zhōng)數(shù)來獲(huò)取(qǔ)完整(zhěng)的位(wèi)置值(zhí)

SSI協(xié)議的(dí)優勢在於(yú)：

• 連接(jiē)綫少(shǎo)：僅(jǐn)需時(shí)鐘(zhōng)，數(shù)據(jù)，電(diàn)源(yuán)三(sān)組(zǔ)綫纜，適合(hé)MAS-3的緊(jǐn)湊尺寸(cùn)

• 抗幹(gān)擾性強：差分(fēn)信號(hào)傳(chuán)輸具有(yǒu)較強的抗噪能力

• 傳輸(shū)距(jù)離適中(zhōng)：可(kě)滿足設備(bèi)內(nèi)部(bù)短距離數據(jù)傳輸需求(qiú)

MAS-3工作(zuò)時需(xū)搭(dā)配(pèi)附(fù)帶(dài)的(dí)I/F盒(hé)（接(jiē)口(kǒu)盒(hé)） 使用。I/F盒負(fù)責(zé)SSI信(xìn)號的電(diàn)平(píng)轉(zhuǎn)換(huàn)和接口適配(pèi)，用戶不(bù)可(kě)直(zhí)接(jiē)將其(qí)SSI信(xìn)號(hào)接入(rù)通(tōng)用控製(zhì)器(qì)，須通過I/F盒進行(háng)信號(hào)轉換。

四，使(shǐ)用(yòng)注意事項(xiàng)

根(gēn)據(jù)MTL技(jì)術(shù)資(zī)料，MAS-3在(zài)使用(yòng)中(zhōng)有以下(xià)要(yào)點需要注(zhù)意(yì)：

• 柔性電纜處理：MAS-3配備柔(róu)性電纜，需小心操作以防(fáng)止斷綫(xiàn)。MTL不(bù)提供柔(róu)性(xìng)電纜斷綫(xiàn)的維修服務

• I/F盒必需：MAS-3采用(yòng)SSI通信，必須(xū)使用附帶的I/F盒方可(kě)正常工作(zuò)

• 安裝(zhuāng)空(kōng)間確(què)認：φ6mm×8.6mm的外形尺寸(cùn)在安裝前需(xū)確認設備(bèi)內部(bù)是否有(yǒu)足夠的操作空間

五，典型應用場景

微型機器人關節：用(yòng)於(yú)小(xiǎo)型機(jī)械臂(bì)，仿生機器人(rén)等設(shè)備的角度(dù)位(wèi)置檢(jiǎn)測，φ6mm尺(chǐ)寸(cùn)可嵌(qiàn)入關(guān)節內部(bù)。

精密醫(yī)療設(shè)備：用於手(shǒu)術(shù)機器(qì)人(rén)，微型醫(yī)療(liáo)儀器(qì)等(děng)設(shè)備(bèi)的位置(zhì)反饋。

光學調整機(jī)構：用於鏡頭(tóu)調焦(jiāo)，光(guāng)路調整(zhěng)等精密(mì)光(guāng)學設備的定(dìng)位(wèi)檢(jiǎn)測。

小型(xíng)伺服(fú)係統：用於(yú)微型伺(sì)服(fú)電機，步進(jìn)電機的位(wèi)置反饋。

半導體製造設(shè)備(bèi)：用於(yú)晶圓搬運，精密對(duì)位等場景的狹小(xiǎo)空(kōng)間(jiān)位置(zhì)檢(jiǎn)測。

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