隨著半導體技術的發展，電子電路已能在微瓦功率級別上工作，因此以就地取電和電池為代表的非傳統電源供電成為了可能。但，電池往往有著使用不方便，無法更換，甚至存在安全隱患等缺點，因此進一步催生了能量收集（Energy Harvesting）技術。

環境能量源

環境能量源包括光、溫差、振動梁、射頻(RF)發射信號或其他能夠通過某種換能器產生電荷的信號。例如：

•人們采用小型太陽能電池板為手持設備供電。此類電池板在陽光直射和間接光照射的情況下可以產生幾百mW/cm²和幾百uW/cm²的功率密度。

•在存在溫度差的時候，塞貝克（Seebeck）器件可將熱能轉換成電能。熱能量源種類多樣，從體熱（幾十uW/cm²的功率密度）到高爐排氣煙囪（其表面可產生幾十mW/cm²的功率密度）各不相同。

•壓電器件可以通過器件的壓縮或彎曲產生能量。壓電器件的功率密度一般在幾百Uw/cm²（取決于其尺寸和結構）。

•RF能量收集由天線來完成，可產生幾百pW/cm²的功率密度。

圖1：能源及可產生的能量

圖2所示為一個完整的能量收集系統，它包括能量源、轉換器、一個能量儲存元件以及將該儲能元件轉化為可用穩定電壓的設備。其中，能量源與儲能元件之間的高效整流器網絡的作用是將能量回饋到能量源中，且在壓電器件應用中還起到整流的作用。

圖2：完整的能量收集系統框圖

說了那么多，能量收集和編碼器又有什么關系呢？傳統的電機控制往往具有大功率、高功耗的特點，與追求極致效率的當代應用相違和，而這一現象就是源于絕對值編碼器。

絕對值編碼器的光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排。且在每一個位置上，編碼器都通過讀取每道刻線的通、暗，從而獲得一組從2的零次方，再到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），并稱之為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、外界干擾的影響。

絕對值旋轉單圈絕對值編碼器，則是以轉動中測量光電碼盤各道刻線，來獲取唯一的編碼；當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，因此這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量（即單圈編碼器）。如果想要測量超過360°的范圍，就需要用到多圈編碼器。下圖3中就展示了現在常見的兩種多圈編碼器：

圖3：機械式和備電式編碼器的比較

機械式多圈編碼器的原理類似于機械式鐘表，通過齒輪組記錄轉過的位置測量，這是一種被動式的、無需供電的方案，當然也是免“維護”的?；谒芰淆X輪組，其精度與齒輪組的復雜程度也有關，而且往往達不到很高的精確度（機械手表的價格雖然昂貴，但其精度要比石英手表差很多），例如35 mm直徑的產品中一般只能做到12 bit。并且由于塑料材質的限制，其最高工作溫度被控制在85°C，所以無需“維護”是指一旦齒輪組上的齒輪出現斷齒或過度磨損，在更換的過程中往往不能保證所記錄的位置量不被改寫。當然，塑料齒輪的使用壽命也是一個不得不考慮的問題。但必須承認的是，機械式編碼器的EMC指標肯定是最好的。

備電池式的編碼器是通過安裝在編碼器上的電池來供電的（一般安裝在編碼器電纜上）。絕對位置量被記錄在由電池供電的計數器中，相較于機械式編碼器，備電池式可以在同等體積上得到更高的分辨精度（取決于計數器的容量）。工作溫度也被限制在85°C：電池的工作壽命同樣受到10度法則的限制，為了獲得更長的續航時間，必須限制工作溫度。

現在國內的絕對值應用中備電池式編碼器占據較大的份額，主要是因為其具有較高的精度和良好的成本。但是國內很多高端伺服系統的制造先驅們已經意識到備電池式編碼器會讓他們面臨大面積更換電池的情況，所以一種免電池的需求就順勢產生了。

下面給出基于一種能量收集技術的絕對值編碼器方案。

圖4：基于一種能量收集技術的絕對值編碼器方案

從圖4中可以看到，這是一種基于電磁能量收集技術的方案，業內稱之為Wiegand技術（Wiegand是這個專利技術的發明者）。這項技術的核心內容是利用安裝在編碼器內的線圈，在電機轉動的時，對磁場進行切割并產生微弱電流，再經過高效整流橋后為內存供電。其拓撲類似圖2所示，但不包括儲能元件，這主要是因為編碼器的小體積和儲能器件無法兼容。另外，該技術所采用的特殊內存在sleep模式下無需要供電，從而解決了儲能的問題。

維根技術的編碼器作為一個免維護、高精度方案適合用在CNC等對位置精度要求較高的應用上，且在合理的電磁保護下，可以為客戶節省下較大的維護成本。