位置测量越平稳越准确？SmarAct揭示高精度设备中的滤波难题｜紧凑型光电编码器

在精密仪器中，一条平滑的位置测量曲线，是否意味着测量结果一定更准确？答案并不总是如此。

当设备保持静止时，位置数据中的高频波动可能来自测量噪声。通过适当滤波，可以降低这些噪声对测量结果的影响，让位置反馈更加稳定。

但如果设备正在快速运动，情况就不同了。

此时，位置曲线中的快速变化可能反映真实的加速度、振动或运动状态。如果仍然采用较强的低通滤波，部分真实信号也可能被削弱。

同样一套测量系统，为什么静止和高速运动需要不同设置？这正是高精度位置测量需要解决的问题之一。

SmarAct METIRIO®光学编码器用于高分辨率位置测量。面对不同测量任务，重要的不只是获得稳定的位置数据，还要考虑测量带宽、滤波以及应用真正需要保留的动态信息。

一、不同运动状态，不同的位置测量需求

位置测量中的噪声包含不同频率成分。

通过低通滤波，可以衰减较高频率的成分、降低位置噪声。但滤波作用于整个测量信号，因此并不存在一种滤波设置能够适用于所有运动状态。

Sine/Cosine输出信号曲线，带有明显的噪声

1. 静止，更关注位置稳定性

当轴处于静止状态时，位置测量更关注稳定性。

对于这类测量任务，通过降低带宽，可以减少高频噪声成分对位置结果的影响。

低通滤波器允许较慢的信号变化通过，同时衰减较高频率的成分，因此更强的滤波可以帮助降低静态位置测量中的噪声。

此时，测量配置的重点是：让位置反馈更加稳定。

2. 缓慢运动，稳定与位置变化需要兼顾

当被测对象开始缓慢运动或进行精细定位时，测量需求随之发生变化。

此时既需要控制不必要的噪声，又需要保留实际的位置变化。因此，与完全静止的状态相比，滤波设置需要进一步考虑实际运动特性。

针对不同应用需求，SmarAct可以提供具有不同截止频率的低通滤波器。这使得测量配置可以根据具体任务进行选择，而不是使用一种固定的滤波设置应对所有位置测量场景。

3. 高速运动，保留真正需要的动态信息

对于连续或快速运动，如果滤波带宽设置得过低，快速运动、加速度或振动等信号可能受到衰减，或者在测量结果中出现延迟。

对于高动态控制或振动分析而言，则需要保留更大的带宽，以采集应用真正需要的位置变化。

因此，高速运动中的位置反馈不能只追求一条更加“平滑”的曲线。测量系统还需要保留足够的动态信息，使位置数据能够反映实际运动。

二、METIRIO®的重点不只是“更低噪声”

静止、缓慢运动和高速运动看似是三种不同场景，背后体现的其实是同一个测量逻辑：位置反馈需要与实际应用相匹配。

METIRIO®是一款用于高分辨率位置测量的紧凑型光学编码器。在实际测量链中，最终的位置表现不仅与传感器有关，还涉及评估电子电路、数字处理、位置计算以及滤波等环节。

Lissajous圆图：如何通过Sine/Cosine信号计算位置。

因此，SmarAct并不孤立地看待噪声和滤波，而是将它们作为整个测量架构的一部分。

针对不同的测量任务，通过选择具有相应截止频率的低通滤波器，可以在静态测量中更加关注位置稳定性，也可以在动态应用中保留所需要的带宽。

换句话说，滤波的目标并不是简单让噪声数字变得更小，而是让位置反馈真正服务于当前的测量任务。

三、让位置反馈与实际应用相匹配

从光学实验设备到半导体精密运动系统，高精度测量不仅要回答“物体在哪里”，还需要判断“物体的位置如何变化”。

因此，评价高精度测量设备时，不能只关注分辨率或静态噪声指标。

增量轨道、参考标记、20µm周期的示意图

对于需要持续运动或振动分析的系统，测量带宽和动态响应同样重要。

如果科研团队正在比较高精度测量品牌，建议综合考察传感器技术、信号处理方式、测量稳定性以及对实际运动条件的适应能力。

SmarAct METIRIO紧凑型光电编码器通过将光学传感器、评估电子电路和信号处理相结合，为不同运动状态下的精密位置反馈提供技术支持。

真正适合应用的测量方案，不一定产生最平滑的曲线，而应尽可能准确地反映研究人员需要观察的运动。

本文转载自公众号：SmarAct德国高精技术方案