光學(xué)式、磁性、電容式是工程師可以使用的三種主要編碼器技術(shù)。 但是，為了判斷哪個(gè)技術(shù)zui適合zui終的應(yīng)用程序，需要考慮幾個(gè)因素。 為了幫助工程師的選定，華爾圣編碼器概述了光學(xué)式、磁性、靜電容量式三種編碼器技術(shù)，簡(jiǎn)述了各種技術(shù)的利弊權(quán)衡。

1光學(xué)編碼器

多年來，光學(xué)編碼器一直是運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用市場(chǎng)上的熱門選擇。 由LED光源(通常是紅外光源)和光檢測(cè)器構(gòu)成，兩者分別在編碼器編碼盤的兩側(cè)。 代碼盤由塑料或玻璃制成，上面的間隔排列著一系列透光性和不透光性的線或槽。 當(dāng)代碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，LED的光路被在代碼盤上隔開間隔排列的線或槽遮斷，生成兩個(gè)典型的方波a和b的正交脈沖，可以用于決定軸的旋轉(zhuǎn)和速度。

光學(xué)編碼器的典型a和b正交脈沖(包括索引脈沖)

光學(xué)編碼器被廣泛使用，但有一些缺點(diǎn)。 在工業(yè)應(yīng)用等塵埃和污垢較多的環(huán)境中，污染物堆積在代碼盤上，阻礙LED光透過光學(xué)傳感器。 受污染的代碼盤可能會(huì)不連續(xù)或完全丟失方波，因此嚴(yán)重影響光學(xué)編碼器的可靠性和精度。 LED的壽命有限，zui終總是燒毀，會(huì)導(dǎo)致編碼器故障。 另外，玻璃和塑料編碼盤容易在振動(dòng)和ji端溫度下破損，因此光學(xué)編碼器的適用范圍受到限制，在惡劣環(huán)境下使用。 把它組裝到電動(dòng)機(jī)中不僅需要時(shí)間，而且污染的風(fēng)險(xiǎn)也很高。 zui后，如果光學(xué)編碼器的分辨率高，將消耗100mA以上的電流，進(jìn)一步影響其在移動(dòng)設(shè)備和電池電源設(shè)備中的應(yīng)用。

雙磁編碼器

磁編碼器的結(jié)構(gòu)與光學(xué)編碼器類似，但利用的是磁場(chǎng)而不是光束。 磁編碼器使用磁盤代替帶槽的光電編碼盤，在磁盤上具有隔開間隔排列的磁極，在霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻傳感器的列中旋轉(zhuǎn)。 代碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些傳感器響應(yīng)，生成的信號(hào)被傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)整前端電路，決定軸的位置。 磁編碼器的優(yōu)點(diǎn)比光學(xué)編碼器更耐用、耐振性、耐沖擊性。 此外，有灰塵、污垢、油污等污染物時(shí)，光學(xué)編碼器的性能會(huì)大幅打折，但磁性編碼器不受影響，因此zui適合在惡劣環(huán)境下使用。 但是，來自電機(jī)(特別是步進(jìn)電機(jī))的電磁干擾對(duì)磁編碼器有很大的影響，也會(huì)因溫度變化而產(chǎn)生位置偏移。 另外，磁編碼器的分辨率和精度相對(duì)較低，在這一點(diǎn)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光學(xué)電容式編碼器。

3靜電電容式編碼器

電容式編碼器主要由轉(zhuǎn)子、固定發(fā)射機(jī)、固定接收機(jī)三部分組成。 靜電電容感應(yīng)使用條紋狀或線狀的條紋，一極位于固定元件上，另一極位于可動(dòng)元件上構(gòu)成可變電容器，作為一對(duì)接收機(jī)/發(fā)送機(jī)配置。 轉(zhuǎn)子上蝕刻了正弦波的紋路，隨著電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)，該紋路產(chǎn)生特殊且可預(yù)測(cè)的信號(hào)。 然后，該信號(hào)經(jīng)過編碼器的板載ASIC變換，計(jì)算軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向。

編碼器代碼盤的比較

電容式編碼器的優(yōu)點(diǎn)電容式編碼器的工作原理與數(shù)字游標(biāo)卡尺相同，因此提供克服光學(xué)編碼器和磁性編碼器很多缺點(diǎn)的解決方案。 另外，與光學(xué)編碼器中使用的玻璃編碼盤相比，不易受到振動(dòng)和非常高/非常低的溫度的影響。 如上所述，電容式編碼器由于LED不會(huì)燒毀，所以壽命經(jīng)常比光學(xué)式編碼器長。 因此，電容式編碼器的封裝尺寸小，分辨率整體的電流消耗小到18mA，適合電池的供電應(yīng)用。 由于電容式技術(shù)的魯棒性、精度、分辨率比磁編碼器高，所以后者面臨的電磁干擾和電噪聲對(duì)其影響不大。 另外，電容式編碼器的數(shù)字特性在靈活性和可編程性方面也具有重要的優(yōu)點(diǎn)。 由于光學(xué)編碼器或磁性編碼器的分辨率由編碼器代碼盤決定，因此如果需要其他分辨率，則每次都使用新編碼器，因此設(shè)計(jì)和制造過程的時(shí)間和成本會(huì)增加。 但是，電容式編碼器具有一系列可編程分辨率，因此設(shè)計(jì)師在每次需要新分辨率時(shí)都可以省去更換編碼器的麻煩，不僅減少庫存，還可以簡(jiǎn)化PID控制電路的微調(diào)和系統(tǒng)的優(yōu)化。 在涉及BLDC電機(jī)換流的情況下，電容式編碼器允許數(shù)字對(duì)準(zhǔn)和索引脈沖設(shè)定，但該任務(wù)對(duì)光學(xué)式編碼器來說可能重復(fù)，需要時(shí)間。 內(nèi)置的診斷功能使設(shè)計(jì)師可以進(jìn)一步訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)故障診斷.

電容式、光學(xué)式、磁式技術(shù)重要性能指標(biāo)的比較

折衷的選擇。

在許多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，溫度、振動(dòng)、環(huán)境污染物是編碼器須應(yīng)對(duì)的重要挑戰(zhàn)因素。 事實(shí)證明電容式編碼器可以克服這些課題。 與光學(xué)或磁性技術(shù)相比，它為設(shè)計(jì)師提供了可靠、準(zhǔn)確和靈活的解決方案。 另外，電容式編碼器增加了適合IoT和IIoT應(yīng)用的編程性和診斷功能。

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