三種類型Hengstler編碼器的工作原理以及優(yōu)點和缺點分析

Hengstler編碼器在運動控制產(chǎn)品中比較常見，旋轉(zhuǎn)編碼器是運動控制反饋回路的主要組件，包括工業(yè)自動化設備和過程控制、機器人工程、醫(yī)療器械、能源、航空航天等。



亨士樂編碼器作為將機械運動轉(zhuǎn)換為電信號的設備，向工程師提供位置、速度、距離、方向等重要數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。

光學、磁性和電容式是工程師可以使用的三種主要編碼器技術。但是，在選擇最合適類型的編碼器時，有幾個因素需要考慮。

西安德伍拓技術人員為大家概述了三種編碼器技術：光電、磁性和電容，并介紹了每種技術的優(yōu)點和缺點供大家參考。

光電編碼器的工作原理

光電編碼器是運動控制應用市場多年來的熱門選擇。它由配置在編碼器盤兩側(cè)的LED光源（通常為紅外線光源）和光電探測器組成。

光盤由塑料或玻璃制成，配有一系列不透明的透光線或狹縫。磁盤旋轉(zhuǎn)時，指示燈的光路會被磁盤上有間隔的線或狹縫阻塞，產(chǎn)生兩個典型的正交A和B方波脈沖，它們可用于確定樹的旋轉(zhuǎn)和速度。


圖1：包括索引脈沖的光電編碼器的常規(guī)A和B正交脈沖（圖像源CUI設備）

光電編碼器的優(yōu)點和缺點

光電編碼器被廣泛使用，但它有一些缺點。在工業(yè)應用程序等有灰塵和污垢的環(huán)境中，污染物可能會堆積在編碼器盤上，妨礙LED光向光學傳感器的透過。

光電編碼器的可靠性和準確性可能會極大地受到污染的碼盤的影響，這可能會導致方波的不連續(xù)或完全損失。

LED壽命有限，最終會燃盡，編碼器故障。此外，玻璃或塑料編碼器容易受到振動和極端溫度的損傷，限制了在嚴酷環(huán)境中應用程序中光電編碼器的范圍。把它們組裝成發(fā)動機需要很長時間，污染的風險會變高。

最后，如果光電編碼器的分辨率較高，則會消耗100mA或更高的分辨率，從而進一步限制其在移動或電池驅(qū)動設備上的使用。

磁性編碼器的工作原理

磁性編碼器的結(jié)構與光電編碼器相似，但使用磁場代替光束。磁性編碼器將帶槽光電編碼器替換為在霍爾效應或磁阻傳感器陣列上旋轉(zhuǎn)的間隔極磁性編碼器。

編碼器輪子旋轉(zhuǎn)時，這些傳感器會發(fā)生反應，結(jié)果信號會傳遞給前端的信號調(diào)整電路，以確定軸的位置。

磁性編碼器的優(yōu)點

與光電編碼器相比，磁性編碼器具有耐久性、振動、耐沖擊性高的優(yōu)點。而且，光電編碼器的性能在灰塵、污垢、油等污染物的存在下會受到很大損失，但磁性編碼器不會受到影響，因此最適合在嚴酷環(huán)境中應用。

磁性編碼器的缺點

來自電機（特別是步進電機）的電磁干擾可能會對磁編碼器產(chǎn)生很大影響，溫度變化也可能引起位置漂移。

而且，磁性編碼器的分辨率和精度比較低，在這一點上不如光學式和電容式編碼器好。

電容式編碼器的工作原理

電容式編碼器主要由轉(zhuǎn)子、固定發(fā)射機和固定接收機三部分組成。電容傳感使用線條或圖案形成可變電容器，所述線條或圖案在固定元件上有一個極，在可動元件上有另一個極，構成接收機/發(fā)射機對。

轉(zhuǎn)子被正弦波蝕刻，生成馬達軸旋轉(zhuǎn)時特別且可預測的信號。然后，該信號通過編碼器的板載ASIC進行轉(zhuǎn)換，以計算軸旋轉(zhuǎn)的位置和方向。


圖2：編碼器撥號盤的比較（圖像信用：CUI設備）

電容式編碼器的優(yōu)點

電容式編碼器的原理與數(shù)字游標卡尺相同，因此它提供了一種解決方案來克服光學和磁性編碼器的許多缺點。

基于CUI設備的AMT編碼器系列功能的此技術被證明是非?？煽亢途_的。

不需要LED或視線，電容式編碼器即使有可能危害光電編碼器的灰塵、污垢、油等環(huán)境污染物，也能按照預期發(fā)揮作用。

并且，比光學式編碼器使用的玻璃盤更不容易受到振動和極端的高溫/低溫的影響。

如前所述，電容式編碼器不受LED燒損的困擾，因此壽命有比光學式編碼器更長的傾向。

其結(jié)果是，電容式編碼器的封裝尺寸較小，僅在6至18mA的分辨率范圍內(nèi)消耗電流較少，因此更適合電池驅(qū)動的應用。

考慮到電容技術與磁性編碼器相比的穩(wěn)健性、精度和分辨率，磁性編碼器暴露于電磁干擾和電噪聲不會受到后者的太大影響。

此外，電容式編碼器的數(shù)字性在靈活性和可編程性方面提供了重要優(yōu)點。由于光學或磁性編碼器的分辨率由編碼器控制盤確定，因此如果需要其他分辨率，每次都會使用新的編碼器來增加設計和開發(fā)過程的時間和成本。制造。

電容式編碼器的缺點

但是，電容式編碼器有各種可編程分辨率，每次需要新的分辨率時，設計者都不需要更換編碼器，因此不僅減少了庫存，還簡化了PID控制環(huán)路的微調(diào)和系統(tǒng)的優(yōu)化。

關于BLDC馬達的整流，通過電容式編碼器，可以進行數(shù)字對準和索引脈沖的調(diào)整。這是光電編碼器反復進行的耗時作業(yè)。

內(nèi)置診斷允許設計者額外訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)以優(yōu)化系統(tǒng)或現(xiàn)場故障排除。


圖3：電容性、光學、磁性技術的主要業(yè)績評價指標的比較（圖像源：CUI設備）

實際應用中如何選擇編碼器的類型？

在許多運動控制應用中，溫度、振動和環(huán)境污染物是Hengstler編碼器必須克服的關鍵問題。我們發(fā)現(xiàn)電容式編碼器可以克服這些挑戰(zhàn)。

與光學或磁性技術相比，它為設計人員提供了可靠、準確、靈活的解決方案。

此外，電容式編碼器還為可編程性和診斷功能、最新的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應用程序添加了更好的數(shù)字功能。

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