醫(yī)療核磁共振設(shè)備強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下，編碼器還能正常工作嗎

場(chǎng)景1：在山東、內(nèi)蒙等地的化工廠有一種電解爐，兩根電解棒（陰極與陽極）插入電解質(zhì)池中，通上直流大電流進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電解棒需要根據(jù)池子里電解料的深度而不斷調(diào)節(jié)插入深度，而這個(gè)電解棒插入深度的調(diào)節(jié)，是要有機(jī)械齒輪箱式絕對(duì)值多圈編碼器反饋插入深度的。電解棒的電流有多大？最大時(shí)有12萬A（安培）的電流，當(dāng)一通上電，只聽得周邊“轟”的一聲，巨大的直流電流因法拉第原理產(chǎn)生了巨大的強(qiáng)磁場(chǎng)，而使得周邊物品受突然而至的磁場(chǎng)沖擊發(fā)出了“轟”的一聲。而現(xiàn)場(chǎng)的這個(gè)編碼器（型號(hào)代碼9600，GEMPLE）需要長(zhǎng)期在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作。

而這個(gè)編碼器是磁編。

場(chǎng)景2：去年醫(yī)療行業(yè)流傳著這樣一個(gè)故事，某家醫(yī)院的核磁共振檢查的房間內(nèi)，在設(shè)備做測(cè)試時(shí)，沒注意到房間內(nèi)留下了一把輪椅。當(dāng)這套3T核磁共振影像設(shè)備一通上電，這把輪椅竟像子彈一樣向核磁共振設(shè)備飛過去，并吸在了上面。大約輪椅是有鐵磁性材料，而被核磁共振設(shè)備3T強(qiáng)磁場(chǎng)吸上了。醫(yī)院派出多個(gè)保安才能把這把輪椅拔出來，但是這臺(tái)設(shè)備損壞維修損失了幾百萬元。

核磁共振影像設(shè)備中，配套有一個(gè)自動(dòng)化移動(dòng)床，被檢查者躺在床上面，其余人都要離開房間，只留下一個(gè)躺著的被檢查者。而由自動(dòng)化移動(dòng)床移動(dòng)檢查，做身體各個(gè)部位的影像檢查。自動(dòng)化移動(dòng)床的定位是有機(jī)械齒輪箱式絕對(duì)值多圈編碼器（型號(hào)代碼9600，GEMPLE）反饋定位的。這個(gè)編碼器需要長(zhǎng)期在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作。

而這個(gè)編碼器是磁編。

這樣的強(qiáng)干擾場(chǎng)景其實(shí)有很多，例如大型通訊發(fā)射天線的轉(zhuǎn)角仰角和磁極位置定位，也是需要抗干擾編碼器，也是用到了磁編（代碼9600,GEMPLE）

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核磁共振設(shè)備是早期發(fā)現(xiàn)癌癥的利器，挽救了無數(shù)癌癥患者。3T核磁共振醫(yī)療影像設(shè)備的工作磁場(chǎng)是3T特斯拉的特強(qiáng)磁場(chǎng)，怎么理解這個(gè)3T特斯拉？地球磁場(chǎng)在地表強(qiáng)度大約在50-60uT，這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度大約是地球磁場(chǎng)的6萬倍，可以將一把輪椅或者一把掃地機(jī)以子彈速度吸上去。確實(shí)沒有幾家編碼器可以在這么強(qiáng)磁場(chǎng)下還能正常工作了，圖片里邊上的某日系伺服也常常數(shù)據(jù)輸出不正常了。而需要靠安裝在低速端的絕對(duì)值多圈編碼器，精浦的GMX60（代碼9600系列）絕對(duì)值多圈編碼器。在近五年近千臺(tái)核磁共振上工作的絕對(duì)值編碼器，每天在醫(yī)院里3T核磁共振影像設(shè)備連續(xù)高強(qiáng)度工作，至今編碼器無一數(shù)據(jù)出錯(cuò)記錄，保證了千萬成像位置的精準(zhǔn)性。高品質(zhì)高可靠性的編碼器產(chǎn)品，為人民醫(yī)療健康事業(yè)立下了功德。

上面兩個(gè)場(chǎng)景里的長(zhǎng)期在強(qiáng)磁場(chǎng)干擾環(huán)境下工作的編碼器，都是精浦的磁編GMX60（代碼9600）。

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磁編不是新產(chǎn)品，進(jìn)入市場(chǎng)的成熟的磁編都已經(jīng)有二十多年了。尤其是在汽車電子早已經(jīng)大量有應(yīng)用。GMX系列編碼器從2008年就進(jìn)入市場(chǎng)，已大量使用至今。

上面兩個(gè)場(chǎng)景的故事告訴大家，磁編是能夠在強(qiáng)磁場(chǎng)下工作的，但需要經(jīng)過EMC設(shè)計(jì)與第三方EMC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試認(rèn)證報(bào)告（其中對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是IEC61000-4-8工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)）。

編碼器及自動(dòng)化器件的抗干擾能力怎么看？（點(diǎn)擊可以看一下這篇文章）

尤其是必須絕對(duì)值信號(hào)輸出的，多圈必須是機(jī)械齒輪箱式真絕對(duì)值編碼的。而不能是內(nèi)部有計(jì)數(shù)器停電記憶型的偽絕對(duì)值編碼器。

內(nèi)部有電池記憶的，或者韋根微發(fā)電替代電池記憶型的，內(nèi)部依賴計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)多圈圈數(shù)的，如果受到強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，計(jì)數(shù)器錯(cuò)誤是無法識(shí)別無法更正的，確實(shí)不能在強(qiáng)磁場(chǎng)下工作。

磁編是否能夠在較強(qiáng)磁場(chǎng)下抗干擾，需要經(jīng)過第三方EMC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試認(rèn)證報(bào)告，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是工頻磁場(chǎng)測(cè)試，這個(gè)工頻磁場(chǎng)已經(jīng)模擬涵蓋了永磁場(chǎng)環(huán)境。

問題來了：精浦的GMX系列編碼器是磁編，怎么能夠在強(qiáng)磁場(chǎng)干擾環(huán)境下還能正常工作？

說起磁編，有很多種類別，最早磁編原理的編碼器也已經(jīng)有二十多年了。精浦的磁編并不是新產(chǎn)品了，進(jìn)入市場(chǎng)也已有十多年了。

而磁編能否在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作？其實(shí)這個(gè)問題早就有了答案，卻是被一些不負(fù)責(zé)任的磁編損壞了磁編印象，被市場(chǎng)誤解了。

按一般的理解，磁編的工作原理是按磁場(chǎng)大小變化識(shí)別角度的變化的，強(qiáng)磁場(chǎng)下等于收到了磁場(chǎng)干擾，將無法正常工作。

但是，事實(shí)上有的磁編經(jīng)過專業(yè)EMC設(shè)計(jì)，是可以在強(qiáng)磁場(chǎng)下工作的。

而且，我從業(yè)編碼器二十多年來，抗干擾包括抗強(qiáng)磁場(chǎng)干擾最好的幾款編碼器，恰恰是磁編！

例如，德國(guó)海德漢的ROQ425，其單圈碼盤為光編，而多圈齒輪箱傳感器組是磁編。

德國(guó)SICK公司的ATM60，其單圈碼盤多圈齒輪箱組都是磁編。

GEMPLE精浦的GMX60，GMX425也是磁編，單圈碼盤與多圈齒輪箱組都是磁編。

德國(guó)TR公司的CEM58也是磁編，單圈與多圈都是磁編。

上述四款絕對(duì)值多圈編碼器，也是目前自動(dòng)化市場(chǎng)上我所知的抗干擾最好的幾款編碼器，都是磁編。

問答部分：

Q1磁編為什么不怕強(qiáng)磁場(chǎng)？

A: 磁編碼器對(duì)于外部磁場(chǎng)不敏感有幾個(gè)原因。主要原因是使用了橫向Hall元件以及差分測(cè)量技術(shù)。橫向Hall元件只對(duì)與芯片表面正交的磁場(chǎng)敏感。它對(duì)水平平面內(nèi)的磁場(chǎng)不敏感。

差分測(cè)量方式只能測(cè)量出方向相對(duì)的Hall傳感器對(duì)的磁場(chǎng)差別。外部直流磁場(chǎng)將影響到絕對(duì)磁場(chǎng)，但不影響Hall傳感器對(duì)所檢測(cè)的差分磁場(chǎng)。此外，Hall傳感器的靈敏度不太高，這也使其對(duì)外部磁場(chǎng)的敏感度較低。由于編碼器運(yùn)行在靠近磁鐵的位置，傳感器磁鐵（所要求的）磁場(chǎng)在芯片表面已經(jīng)相對(duì)較強(qiáng)，不容易被外部磁場(chǎng)干擾。尤其是以絕對(duì)值編碼器信號(hào)輸出的磁編，是不會(huì)受到強(qiáng)磁場(chǎng)影響的。

實(shí)際上，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料中規(guī)范的性能，總磁場(chǎng)（永久性磁鐵+外部干擾磁場(chǎng)）不應(yīng)超過100mT。超出這個(gè)范圍時(shí)絕對(duì)值磁編芯片也是可以良好運(yùn)行，但由于飽和效應(yīng)的影響，輸出的線性度可能會(huì)降低，需要對(duì)磁編產(chǎn)品具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

Q2:是否需要屏蔽傳感器以避免外部磁場(chǎng)的影響？

A:通常不需要進(jìn)行磁性屏蔽，因?yàn)槌墒斓拇啪幮酒呀?jīng)能夠補(bǔ)償外部強(qiáng)磁場(chǎng)的影響。

在存在極強(qiáng)的外部磁場(chǎng)時(shí)，如果要求傳感器提供很高的精度，則通過使用諸如鐵磁性金屬片來提供磁性屏蔽當(dāng)然是一個(gè)好主意。

長(zhǎng)期強(qiáng)磁場(chǎng)下的磁化問題：編碼器外殼設(shè)計(jì)較大，例如58mm外徑，內(nèi)部元器件經(jīng)過嚴(yán)格選型，內(nèi)部磁鐵與磁編芯片布局的相互距離經(jīng)過設(shè)計(jì)，被磁化問題可以避免，或者影響微乎其微。

Q3：磁編與光編哪一個(gè)抗干擾強(qiáng)？

A：不一定，抗干擾最差的可能是磁編，抗干擾最好的可能也是磁編。

因?yàn)樽鼋?jīng)濟(jì)型磁編的入門的門檻較低，有一些廠家不經(jīng)過專業(yè)EMC設(shè)計(jì)，就拿來磁編芯片簡(jiǎn)單封裝一下就賣了，這種磁編抗干擾確實(shí)可能不好，因?yàn)檎w磁編不僅僅是磁感應(yīng)芯片，還有其他電子元器件的選型與設(shè)計(jì)。而有些是“假絕對(duì)值編碼器”里面有計(jì)數(shù)器功能的，在計(jì)數(shù)時(shí)會(huì)受到干擾。某些“多圈絕對(duì)值編碼器”實(shí)際上是假絕對(duì)值編碼的，里面有計(jì)數(shù)器記錄多圈圈數(shù)，并依靠停電記憶，例如電池型和韋根微發(fā)電記憶型的內(nèi)部都有計(jì)數(shù)器功能，而不是真絕對(duì)值編碼，這一類假絕對(duì)值編碼器一旦在強(qiáng)干擾環(huán)境下計(jì)數(shù)器就容易錯(cuò)誤，無法識(shí)別而繼續(xù)錯(cuò)誤，它們確實(shí)也是不能強(qiáng)磁場(chǎng)干擾下工作。

市場(chǎng)上理解的“磁編抗干擾不行”，“不能在永磁體強(qiáng)磁場(chǎng)下工作”，大約就是上面兩類磁編的抗干擾真的不行，而被誤導(dǎo)磁編都是“抗干擾不行了”。這是誤解了磁編。

場(chǎng)景1里的伺服電機(jī)上的日系編碼器就是電池記憶型的，在3T強(qiáng)磁場(chǎng)下出錯(cuò)，定位必須要用低速端的齒輪箱多圈絕對(duì)值編碼器GMX（代碼9600）提供移動(dòng)床的位置反饋。

但是，如果嚴(yán)格按照電磁兼容性EMC對(duì)編碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)，磁編的抗干擾能力甚至可以優(yōu)于光編。

一方面，磁編芯片從出世就面臨了各種抗干擾測(cè)試，包括有針對(duì)性的強(qiáng)磁場(chǎng)下測(cè)試通過，才能進(jìn)入市場(chǎng)銷售，尤其是在汽車電子上的大量應(yīng)用，對(duì)于汽車行駛安全的要求，磁編的抗干擾要求一點(diǎn)也不會(huì)比光編差，必須經(jīng)過汽車電子安全認(rèn)證后才能上車。

而另一方面，光編比磁編又多了一個(gè)電子元件----光源，給光源供電的電源的穩(wěn)定性要求較高，如果設(shè)計(jì)不到位，很容易受到干擾而影響到光源發(fā)射的穩(wěn)定，從而干擾到光編的正常輸出。

所以，自動(dòng)化市場(chǎng)上抗干擾最好的幾款編碼器，都是磁編，而且必須是機(jī)械齒輪箱多圈絕對(duì)值的磁編碼器。因?yàn)槿绻杏?jì)數(shù)器原理的假絕對(duì)值編碼器（電池或者韋根）一旦被干擾到而計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，是無法識(shí)別的。

在我們自己做過的光編與磁編的用戶長(zhǎng)期使用比較下，也確實(shí)是絕對(duì)值的磁編抗干擾表現(xiàn)更好一些。

我個(gè)人的感覺是光編的光源穩(wěn)定性問題。

某家德國(guó)品牌的全磁多圈絕對(duì)值編碼器在市場(chǎng)上表現(xiàn)很好，而同樣的他家的光編的表現(xiàn)，卻似乎還不如他家的磁編。

例如市場(chǎng)上多年比較下來，抗干擾表現(xiàn)最好的幾款編碼器，“恰巧”都是磁編：

德國(guó)海德漢ROQ425SSI，單圈碼盤是光編，多圈機(jī)械齒輪箱碼盤是磁編。

SICK公司的ATM60，單圈及多圈機(jī)械齒輪箱碼盤都是磁編。

GEMPLE精浦公司的GMX系列，代號(hào)9600，單圈及多圈機(jī)械齒輪箱碼盤都是磁編。

另外，德國(guó)TR公司的多圈機(jī)械齒輪箱絕對(duì)值磁編碼器，也是在冶金現(xiàn)場(chǎng)抗干擾表現(xiàn)很好的編碼器。也是磁編。

注意，并不是所有的磁編都可以有這樣強(qiáng)勁的抗干擾表現(xiàn)，尤其是這樣強(qiáng)磁場(chǎng)下的表現(xiàn)，用戶需要向編碼器原廠問清楚，是否是機(jī)械齒輪箱式的真絕對(duì)值編碼器，不能有計(jì)數(shù)器功能的?；蛘呤欠窨梢蕴峁┑谌诫姶偶嫒菪訣MC認(rèn)證報(bào)告，以及提供以往的長(zhǎng)時(shí)間、大數(shù)量的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。

同時(shí)，需要編碼器原廠提供品質(zhì)管理保證的依據(jù)，例如提供連續(xù)多年以上的ISO9001質(zhì)量保證體系證書。對(duì)于編碼器可靠性，要有品質(zhì)保證體系很重要。