光學式、磁性、電容式是工程師可以使用的三種主要編碼器技術。 但是，為了判斷哪個技術zui適合zui終的應用程序，需要考慮幾個因素。 為了幫助工程師的選定，華爾圣編碼器概述了光學式、磁性、靜電容量式三種編碼器技術，簡述了各種技術的利弊權衡。

1光學編碼器

多年來，光學編碼器一直是運動控制應用市場上的熱門選擇。 由LED光源(通常是紅外光源)和光檢測器構成，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。 當代碼盤旋轉(zhuǎn)時，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。

光學編碼器的典型a和b正交脈沖(包括索引脈沖)

光學編碼器被廣泛使用，但有一些缺點。 在工業(yè)應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光透過光學傳感器。 受污染的代碼盤可能會不連續(xù)或完全丟失方波，因此嚴重影響光學編碼器的可靠性和精度。 LED的壽命有限，zui終總是燒毀，會導致編碼器故障。 另外，玻璃和塑料編碼盤容易在振動和ji端溫度下破損，因此光學編碼器的適用范圍受到限制，在惡劣環(huán)境下使用。 把它組裝到電動機中不僅需要時間，而且污染的風險也很高。 zui后，如果光學編碼器的分辨率高，將消耗100mA以上的電流，進一步影響其在移動設備和電池電源設備中的應用。

雙磁編碼器

磁編碼器的結構與光學編碼器類似，但利用的是磁場而不是光束。 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，在霍爾效應傳感器或磁阻傳感器的列中旋轉(zhuǎn)。 代碼盤旋轉(zhuǎn)時，這些傳感器響應，生成的信號被傳輸?shù)叫盘栒{(diào)整前端電路，決定軸的位置。 磁編碼器的優(yōu)點比光學編碼器更耐用、耐振性、耐沖擊性。 此外，有灰塵、污垢、油污等污染物時，光學編碼器的性能會大幅打折，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(特別是步進電機)的電磁干擾對磁編碼器有很大的影響，也會因溫度變化而產(chǎn)生位置偏移。 另外，磁編碼器的分辨率和精度相對較低，在這一點上遠遠不如光學電容式編碼器。

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、固定接收機三部分組成。 靜電電容感應使用條紋狀或線狀的條紋，一極位于固定元件上，另一極位于可動元件上構成可變電容器，作為一對接收機/發(fā)送機配置。 轉(zhuǎn)子上蝕刻了正弦波的紋路，隨著電機軸的旋轉(zhuǎn)，該紋路產(chǎn)生特殊且可預測的信號。 然后，該信號經(jīng)過編碼器的板載ASIC變換，計算軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向。

編碼器代碼盤的比較

電容式編碼器的優(yōu)點電容式編碼器的工作原理與數(shù)字游標卡尺相同，因此提供克服光學編碼器和磁性編碼器很多缺點的解決方案。 另外，與光學編碼器中使用的玻璃編碼盤相比，不易受到振動和非常高/非常低的溫度的影響。 如上所述，電容式編碼器由于LED不會燒毀，所以壽命經(jīng)常比光學式編碼器長。 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，適合電池的供電應用。 由于電容式技術的魯棒性、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。 由于光學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，因此設計和制造過程的時間和成本會增加。 但是，電容式編碼器具有一系列可編程分辨率，因此設計師在每次需要新分辨率時都可以省去更換編碼器的麻煩，不僅減少庫存，還可以簡化PID控制電路的微調(diào)和系統(tǒng)的優(yōu)化。 在涉及BLDC電機換流的情況下，電容式編碼器允許數(shù)字對準和索引脈沖設定，但該任務對光學式編碼器來說可能重復，需要時間。 內(nèi)置的診斷功能使設計師可以進一步訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)和現(xiàn)場故障診斷.

電容式、光學式、磁式技術重要性能指標的比較

折衷的選擇。

在許多運動控制應用中，溫度、振動、環(huán)境污染物是編碼器須應對的重要挑戰(zhàn)因素。 事實證明電容式編碼器可以克服這些課題。 與光學或磁性技術相比，它為設計師提供了可靠、準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應用的編程性和診斷功能。

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