电容、电磁和光学编码器技术比较

2019年6月25日 作者:Jeff Smoot

电容、电磁和光学编码器技术比较

对于精密运动控制,编码器是将机械运动转换成电信号的关键组件。编码器可用于自动化设备、工业流程控制或机器人等众多应用领域,提供位置、速度、距离和方向等数据。市场上有三种主要编码器技术可供选择:电磁、光学和电容技术。这篇博客将介绍每项技术的操作原理,并突出介绍电容式编码器技术的一些内在优势。

主要编码器技术的特点

电磁编码器

电磁编码器由具有交替磁极和霍尔效应或磁阻传感器的旋转磁盘组成,通过检测磁通场的变化实现运行。电磁编码器坚固耐用,可以妥善应对撞击和振动,同时不受油污、污垢和湿气侵入的影响。在缺点方面,它们容易遭受电机引起的电磁干扰,并且可行工作温度范围有限。尽管电磁编码器经过诸多改进,但它们的分辨率和准确性通常低于光学和电容式编码器。

光学编码器

与电磁编码器相比,光学编码器具有更高的分辨率和准确性。光学编码器包含LED光源(通常为红外线)和光电探测器,位于玻璃或塑料材质的编码器盘的相对侧。编码器盘带有一组相间排列的透明或不透明的线或槽。编码器盘转动时,通过窗口的光线的开/关提供了典型的方波A和B正交脉冲。虽然光学编码器已经主导运动控制市场数十年,但这些装置还是具有内在缺点。光学编码器依赖“视线”,因此尤其容易受灰尘、污垢和油污的影响。编码器盘通常采用玻璃或塑料制作,因而如果存在振动和极端温度,以及组装到电机上时受到污染,则容易受到损伤。光学编码器在运行时也要消耗高达100 mA的电流,并且其寿命最终会受LED的限制。

电容式编码器

电容式编码器由三个主要组件组成:转子、固定发射器和固定接收器。转子带有正弦曲线图案,而且在旋转时,发射器的高频参考信号接收调制的情况是可以预测的。编码器检测接收器板上的电容-电抗变化,并使用解调算法将它们转换为旋转运动的增量。

 图中并排显示电容式、光学和电磁编码器盘
比较电容式、光学和电磁编码器盘

电容式编码器的优点

电容式编码器的制造原理和数字卡尺相同,因而自CUI于2006年推出第一代电容式编码器以来,一直保持出色的使用记录。事实证明,AMT系列具有很高的可靠性和准确性,解决了光学和电磁技术中遇到的许多应用问题。电容式编码器比光学编码器更加坚固,可以耐受灰尘、污垢和油污等一系列环境污染物。电容式编码器也更加耐受极端的振动和温度条件。此外,由于没有LED,与光学编码器相比,它具有更长的使用寿命、更小的占地空间和更低的电流消耗(6至18 mA)。它不受电磁干扰和电噪声的影响,与电磁编码器一样坚固,却具有更高的准确性和分辨率。

鉴于其数字特性,电容式编码器还具有更高的灵活性,允许用户更改编码器的分辨率。其他技术的分辨率取决于编码器盘。这就意味着每次需要不同的分辨率时,都必须更换光学或电磁编码器。电容式编码器中可用的可编程分辨率不仅对系统优化有用(特别是在设计PID控制回路时),还可以减少库存保有量,因为多个应用都可以使用同一个型号。采用电容技术,还能够以数字方式设置索引脉冲和对齐编码器以进行BLDC换相,同时其内置诊断功能使设计人员能够访问有价值的系统数据,以便在现场快速排除故障。

电容式 光学 磁性
抵御污垢、灰尘和油污
准确性
温度范围 宽型
电流消耗
可编程性
包装尺寸
抗电磁干扰能力
抗电磁干扰
分辨率范围 宽型 宽型
比较各种编码器技术之间的权衡

解决权衡问题

无论系统有何要求,电容式编码器都能为光学或电磁传感技术提供实用、经济、可靠的替代方案。在几乎任何环境条件下,电容式编码不仅在准确性和可靠性方面具备卓越的性能,而且其固有的数字运行方式还具备可编程性和更强的诊断功能,同时还能保持与传统编码器功能兼容。

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Jeff Smoot

Jeff Smoot

应用工程和运动控制副总裁

自从于 2004 年加入 CUI 以来,Jeff Smoot 重振了公司的质量和工程部门,重点从事开发、支持工作,并将产品推向市场。他着重推动客户取得成功,还率先成立了一个应用工程团队,在设计过程中向工程师提供更有力的现场和在线工程设计和技术支持。下班后,Jeff喜欢参加户外运动(滑雪、背包旅行、露营),陪伴他的妻子和四个孩子,而且他还是丹佛野马(Denver Broncos)橄榄球队的铁杆粉丝。

 
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