编码器在运动控制类产品中比较常见，旋转编码器都是组成运动控制反馈回路的关键元器件，包括工业自动化设备和过程控制、机器人技术、医疗设备、能源、航空航天等。作为将机械运动转换为电信号的器件，编码器可为工程师提供位置、速度、距离和方向等基本数据，用以优化整个系统的性能。光学式、磁式和电容式是可供工程师使用的三种主要编码器技术。不过，要确定哪种技术适合最终应用，还需要考虑一些因素。本文将概述光学式、磁式和电容式三种编码器技术，并且略述各种技术的利弊权衡。
1、光学编码器多年来，光学编码器一直都是运动控制应用市场的热门选择。它由 LED 光源(通常是红外光源)和光电探测器组成，二者分别位于编码器码盘两侧深圳市华联欧国际贸易有限公司是欧美工业备品备件一站式服务商，货源充足，型号齐全，质量可靠，售后服务佳。专业原装行货，正品保证，欢迎来电咨询!所有产品售后有质保，并且有终身免费技术指导。我们有专业的客服团队，24小时进行服务。下面是深圳华联欧小编精心为大家推荐的产品科普一下解析几种编码器技术原理及其优缺点，如果您喜欢可以继续阅读详细浏览一下去看看了解一下吧，关注收藏我们网址，每天为大家推送更多的干货!
编码器在运动控制类产品中比较常见，旋转编码器都是组成运动控制反馈回路的关键元器件，包括工业自动化设备和过程控制、机器人技术、医疗设备、能源、航空航天等。
作为将机械运动转换为电信号的器件，编码器可为工程师提供位置、速度、距离和方向等基本数据，用以优化整个系统的性能。
光学式、磁式和电容式是可供工程师使用的三种主要编码器技术。不过，要确定哪种技术适合最终应用，还需要考虑一些因素。
本文将概述光学式、磁式和电容式三种编码器技术，并且略述各种技术的利弊权衡。
1、光学编码器
多年来，光学编码器一直都是运动控制应用市场的热门选择。它由 LED 光源(通常是红外光源)和光电探测器组成，二者分别位于编码器码盘两侧。
码盘由塑料或玻璃制成，上面间隔排列着一系列透光和不透光的线或槽。码盘旋转时，LED 光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断，从而产生两路典型的方波 A 和 B 正交脉冲，可用于确定轴的旋转和速度。
图 1：光学编码器的典型 A 和 B 正交脉冲，包括索引脉冲
尽管光学编码器应用广泛，但仍有几点缺陷，在工业应用等多尘且肮脏的环境中，污染物会堆积在码盘上，从而阻碍 LED 光透射到光学传感器。
由于受污染的码盘可能会导致方波不连续或完全丢失，因而大大地影响了光学编码器的可靠性和精度。
LED 的使用寿命有限，最终总会烧坏，从而导致编码器故障。此外，玻璃或塑料码盘容易因振动或极端温度而损坏，因而限制了光学编码器在恶劣环境应用中的适用范围;将其组装到电机上不仅耗时，而且受污染的风险更大。
最后，如果光学编码器的分辨率较高，则会消耗 100 mA 以上的电流，进一步影响了它应用于移动设备或电池供电设备。
2、磁性编码器
磁性编码器的结构与光学编码器类似，但它利用的是磁场，而非光束。磁性编码器使用磁性码盘替代带槽光电码盘，磁性码盘上带有间隔排列的磁极，并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转。
码盘的任何转动都会使这些传感器产生响应，而产生的信号将传输至信号调理前端电路以确定轴的位置。
相较于光学编码器，磁性编码器的优势在于更耐用、抗振和抗冲击。而且，在遇到灰尘、污垢和油渍等污染物的情况下，光学编码器的性能会大打折扣，磁性编码器却不受影响，因此非常适合恶劣环境应用。
不过，电机(尤其是步进电机)产生的电磁干扰会对磁性编码器造成大的影响，并且温度变化也会使其产生位置漂移。
此外，磁性编码器的分辨率和精度相对较低，在这方面远不及光学和电容式编码器。
3、电容式编码器
电容式编码器主要由三部分组成：转子、固定发射器和固定接收器。电容感应使用条状或线状纹路，一极位于固定元件上，另一极位于活动元件上，以构成可变电容器，并配置成一对接收器/发射器。
转子上蚀刻了正弦波纹路，随着电机轴的转动，这种纹路可产生特殊但可预测的信号。随后，该信号经由编码器的板载 ASIC 转换，以计算轴的位置和旋转方向。
4、电容式编码器
电容式编码器的工作原理与数字游标卡尺相同，因此它所提供的解决方案克服了光学和磁性编码器的许多缺点。
由于无需 LED 或视距，即使遇到会对光学编码器产生不利影响的环境污染物(如灰尘、污垢和油渍)，电容式编码器也能达到预期的效果。
此外，相比光学编码器使用的玻璃码盘，它更不容易受到振动和极高/极低温度的影响。
如前所述，因为电容式编码器不存在 LED 烧坏的情况，所以使用寿命往往比光学编码器长。
因此，电容式编码器的封装尺寸更小，在整个分辨率范围内电流消耗更小，只有 6 至 18 mA，这就使它更适合电池供电应用。
鉴于电容式技术的稳健性、精度和分辨率均比磁性编码器高，因而后者所面临的电磁干扰和电气噪声对它的影响并不大。
此外，在灵活性和可编程性方面，电容式编码器的数字特性也能带来关键优势。因为光学或磁性编码器的分辨率是由编码器码盘决定，所以需要其他分辨率时，每次都要使用新的编码器，以致于设计和制造过程的时间和成本均会有所增加。
然而，电容式编码器具有一系列可编程的分辨率，为设计人员免去了每次需要新的分辨率时就要更换编码器的麻烦，这不仅减少了库存，而且简化了 PID 控制回路的微调和系统优化。
涉及 BLDC 电机换向时，电容式编码器允许数字对准和索引脉冲设置，而这项任务对于光学编码器而言可能既反复、又耗时。
内置的诊断功能使设计人员可以进一步访问系统数据，用以优化系统或现场排除故障。
图 3：电容式、光学式和磁式技术的关键性能指标比较
5、权衡选项
在许多运动控制应用中，温度、振动和环境污染物都是编码器必须应对的重要挑战因素。事实证明，电容式编码器可以克服这些挑战。
与光学式或磁式技术相比，它可为设计人员提供可靠、精准且灵活的解决方案。
此外，电容式编码器还增加了可编程性和诊断功能，这种数字特性使其更适合现代物联网 (IoT) 和工业物联网 (IIoT) 应用。
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