伺服電機(jī)編碼器分為哪幾種？編碼器技術(shù)介紹！

?根據(jù)檢測原理，伺服電機(jī)編碼器可分為光學(xué)式、磁式,、感應(yīng)式和電容式，根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式,，可分為增量式,、當(dāng)然式以及混合式三種。

1,、增量式編碼器

增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A,、B和Z相；A,、B兩組脈沖相位差90,。從而可方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向,，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位,。

2,、當(dāng)然式編碼器

當(dāng)然式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器,，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,，碼盤上的碼道數(shù)是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源,，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件,，當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào),，形成二進(jìn)制數(shù)。

3,、混合式當(dāng)然編碼器

混合式當(dāng)然編碼器,，它輸出兩組信息，一組信息用于檢測磁極位置,，帶有當(dāng)然信息功能;另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息,。

編碼器技術(shù)的利弊權(quán)衡

在多種應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)編碼器都是組成運(yùn)動(dòng)控制反饋回路的關(guān)鍵元器件,，包括工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和過程控制,、機(jī)器人技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備,、能源,、航空航天等。作為將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件,，編碼器可為工程師提供位置,、速度、距離和方向等基本數(shù)據(jù),，用以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能,。

光學(xué)式、磁式和電容式是可供工程師使用的三種主要編碼器技術(shù),。不過,，要確定哪種技術(shù)適合結(jié)果應(yīng)用，還需要考慮一些因素,。為了幫助工程師選型,，本文將概述光學(xué)式,、磁式和電容式三種編碼器技術(shù)，并且略述各種技術(shù)的利弊權(quán)衡,。

編碼器技術(shù)概述

光學(xué)編碼器

多年來,，光學(xué)編碼器一直都是運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用市場的熱門選擇。它由 LED 光源（通常是紅外光源）和光電探測器組成,，二者分別位于編碼器碼盤兩側(cè),。碼盤由塑料或玻璃制成，上面間隔排列著一系列透光和不透光的線或槽,。碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí),，LED 光路被碼盤上間隔排列的線或槽阻斷，從而產(chǎn)生兩路典型的方波 A 和 B 正交脈沖,，可用于確定軸的旋轉(zhuǎn)和速度,。

盡管光學(xué)編碼器應(yīng)用廣泛，但仍有幾點(diǎn)缺陷,。在工業(yè)應(yīng)用等多塵且骯臟的環(huán)境中,，污染物會(huì)堆積在碼盤上，從而阻礙 LED 光透射到光學(xué)傳感器,。由于受污染的碼盤可能會(huì)導(dǎo)致方波不連續(xù)或完全丟失,，因而很大地影響了光學(xué)編碼器的可靠性和精度。LED 的使用壽命有限,，結(jié)果總會(huì)燒壞,，從而導(dǎo)致編碼器故障。此外,，玻璃或塑料碼盤容易因振動(dòng)或溫度而損壞,，因而限制了光學(xué)編碼器在惡劣環(huán)境應(yīng)用中的適用范圍；將其組裝到電機(jī)上不僅耗時(shí),，而且受污染的風(fēng)險(xiǎn)更大,。如果光學(xué)編碼器的分辨率較高，則會(huì)消耗 100 mA 以上的電流,，進(jìn)一步影響了它應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備或電池供電設(shè)備,。

磁性編碼器

磁性編碼器的結(jié)構(gòu)與光學(xué)編碼器類似，但它利用的是磁場,，而非光束,。磁性編碼器使用磁性碼盤替代帶槽光電碼盤，磁性碼盤上帶有間隔排列的磁ji,，并在一列霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻傳感器上旋轉(zhuǎn),。碼盤的任何轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使這些傳感器產(chǎn)生響應(yīng)，而產(chǎn)生的信號(hào)將傳輸至信號(hào)調(diào)理前端電路以確定軸的位置,。相較于光學(xué)編碼器,，磁性編碼器的優(yōu)勢在于更耐用,、抗振和抗沖擊。而且,，在遇到灰塵,、污垢和油漬等污染物的情況下，光學(xué)編碼器的性能會(huì)大打折扣,，磁性編碼器卻不受影響,，因此非常適合惡劣環(huán)境應(yīng)用。

不過,，電機(jī)（尤其是步進(jìn)電機(jī)）產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)對磁性編碼器造成很大的影響,，并且溫度變化也會(huì)使其產(chǎn)生位置漂移。此外,，磁性編碼器的分辨率和精度相對較低,，在這方面遠(yuǎn)不及光學(xué)和電容式編碼器。

電容式編碼器

電容式編碼器主要由三部分組成：轉(zhuǎn)子,、固定發(fā)射器和固定接收器,。電容感應(yīng)使用條狀或線狀紋路，一ji位于固定元件上,，另一ji位于活動(dòng)元件上,，以構(gòu)成可變電容器，并配置成一對接收器/發(fā)射器,。轉(zhuǎn)子上蝕刻了正弦波紋路，隨著電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),，這種紋路可產(chǎn)生特殊但可預(yù)測的信號(hào),。隨后，該信號(hào)經(jīng)由編碼器的板載 ASIC 轉(zhuǎn)換,，以計(jì)算軸的位置和旋轉(zhuǎn)方向,。

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，因此它所提供的解決方案克服了光學(xué)和磁性編碼器的許多缺點(diǎn),。事實(shí)證明,，CUI Devices 的 AMT 編碼器系列 所采用的這種基于電容的技術(shù)具有高可靠性、高精度的特性,。由于無需 LED 或視距,，即使遇到會(huì)對光學(xué)編碼器產(chǎn)生不利影響的環(huán)境污染物（如灰塵、污垢和油漬）,，電容式編碼器也能達(dá)到預(yù)期的效果,。此外，相比光學(xué)編碼器使用的玻璃碼盤,，它更不容易受到振動(dòng)和很高/很低溫度的影響,。如前所述,，因?yàn)殡娙菔骄幋a器不存在 LED 燒壞的情況，所以使用壽命往往比光學(xué)編碼器長,。因此,，電容式編碼器的封裝尺寸更小，在整個(gè)分辨率范圍內(nèi)電流消耗更小,，只有 6 至 18 mA,，這就使它更適合電池供電應(yīng)用。鑒于電容式技術(shù)的穩(wěn)健性,、精度和分辨率均比磁性編碼器高,，因而后者所面臨的電磁干擾和電氣噪聲對它的影響并不大。

此外,，在靈活性和可編程性方面,，電容式編碼器的數(shù)字特性也能帶來關(guān)鍵優(yōu)勢。因?yàn)楣鈱W(xué)或磁性編碼器的分辨率是由編碼器碼盤決定,，所以需要其他分辨率時(shí),，每次都要使用新的編碼器，以致于設(shè)計(jì)和制造過程的時(shí)間和成本均會(huì)有所增加,。然而,，電容式編碼器具有一系列可編程的分辨率，為設(shè)計(jì)人員免去了每次需要新的分辨率時(shí)就要更換編碼器的麻煩,，這不僅減少了庫存,，而且簡化了 PID 控制回路的微調(diào)和系統(tǒng)優(yōu)化。涉及 BLDC 電機(jī)換向時(shí),，電容式編碼器允許數(shù)字對準(zhǔn)和索引脈沖設(shè)置,，而這項(xiàng)任務(wù)對于光學(xué)編碼器而言可能既反復(fù)、又耗時(shí),。內(nèi)置的診斷功能使設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)一步訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù),，用以優(yōu)化系統(tǒng)或現(xiàn)場排除故障。

權(quán)衡選項(xiàng)

在許多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中,，溫度,、振動(dòng)和環(huán)境污染物都是編碼器要應(yīng)對的重要挑戰(zhàn)因素。事實(shí)證明,，電容式編碼器可以克服這些挑戰(zhàn),。與光學(xué)式或磁式技術(shù)相比，它可為設(shè)計(jì)人員提供可靠且靈活的解決方案,。此外,，電容式編碼器還增加了可編程性和診斷功能，這種數(shù)字特性使其更適合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)  和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,。