三种类型Hengstler编码器的工作原理以及优点和缺点分析

三种类型Hengstler编码器的工作原理以及优点和缺点分析

Hengstler编码器在运动控制产品中比较常见，旋转编码器是运动控制反馈回路的主要组件，包括工业自动化设备和过程控制、机器人工程、医疗器械、能源、航空航天等。



亨士乐编码器作为将机械运动转换为电信号的设备，向工程师提供位置、速度、距离、方向等重要数据，优化系统整体性能。

光学、磁性和电容式是工程师可以使用的三种主要编码器技术。但是，在选择最合适类型的编码器时，有几个因素需要考虑。

西安德伍拓技术人员为大家概述了三种编码器技术：光电、磁性和电容，并介绍了每种技术的优点和缺点供大家参考。

光电编码器的工作原理

光电编码器是运动控制应用市场多年来的热门选择。它由配置在编码器盘两侧的LED光源（通常为红外线光源）和光电探测器组成。

光盘由塑料或玻璃制成，配有一系列不透明的透光线或狭缝。磁盘旋转时，指示灯的光路会被磁盘上有间隔的线或狭缝阻塞，产生两个典型的正交A和B方波脉冲，它们可用于确定树的旋转和速度。


图1：包括索引脉冲的光电编码器的常规A和B正交脉冲（图像源CUI设备）

光电编码器的优点和缺点

光电编码器被广泛使用，但它有一些缺点。在工业应用程序等有灰尘和污垢的环境中，污染物可能会堆积在编码器盘上，妨碍LED光向光学传感器的透过。

光电编码器的可靠性和准确性可能会极大地受到污染的码盘的影响，这可能会导致方波的不连续或完全损失。

LED寿命有限，最终会燃尽，编码器故障。此外，玻璃或塑料编码器容易受到振动和极端温度的损伤，限制了在严酷环境中应用程序中光电编码器的范围。把它们组装成发动机需要很长时间，污染的风险会变高。

最后，如果光电编码器的分辨率较高，则会消耗100mA或更高的分辨率，从而进一步限制其在移动或电池驱动设备上的使用。

磁性编码器的工作原理

磁性编码器的结构与光电编码器相似，但使用磁场代替光束。磁性编码器将带槽光电编码器替换为在霍尔效应或磁阻传感器阵列上旋转的间隔极磁性编码器。

编码器轮子旋转时，这些传感器会发生反应，结果信号会传递给前端的信号调整电路，以确定轴的位置。

磁性编码器的优点

与光电编码器相比，磁性编码器具有耐久性、振动、耐冲击性高的优点。而且，光电编码器的性能在灰尘、污垢、油等污染物的存在下会受到很大损失，但磁性编码器不会受到影响，因此最适合在严酷环境中应用。

磁性编码器的缺点

来自电机（特别是步进电机）的电磁干扰可能会对磁编码器产生很大影响，温度变化也可能引起位置漂移。

而且，磁性编码器的分辨率和精度比较低，在这一点上不如光学式和电容式编码器好。

电容式编码器的工作原理

电容式编码器主要由转子、固定发射机和固定接收机三部分组成。电容传感使用线条或图案形成可变电容器，所述线条或图案在固定元件上有一个极，在可动元件上有另一个极，构成接收机/发射机对。

转子被正弦波蚀刻，生成马达轴旋转时特别且可预测的信号。然后，该信号通过编码器的板载ASIC进行转换，以计算轴旋转的位置和方向。


图2：编码器拨号盘的比较（图像信用：CUI设备）

电容式编码器的优点

电容式编码器的原理与数字游标卡尺相同，因此它提供了一种解决方案来克服光学和磁性编码器的许多缺点。

基于CUI设备的AMT编码器系列功能的此技术被证明是非常可靠和精确的。

不需要LED或视线，电容式编码器即使有可能危害光电编码器的灰尘、污垢、油等环境污染物，也能按照预期发挥作用。

并且，比光学式编码器使用的玻璃盘更不容易受到振动和极端的高温/低温的影响。

如前所述，电容式编码器不受LED烧损的困扰，因此寿命有比光学式编码器更长的倾向。

其结果是，电容式编码器的封装尺寸较小，仅在6至18mA的分辨率范围内消耗电流较少，因此更适合电池驱动的应用。

考虑到电容技术与磁性编码器相比的稳健性、精度和分辨率，磁性编码器暴露于电磁干扰和电噪声不会受到后者的太大影响。

此外，电容式编码器的数字性在灵活性和可编程性方面提供了重要优点。由于光学或磁性编码器的分辨率由编码器控制盘确定，因此如果需要其他分辨率，每次都会使用新的编码器来增加设计和开发过程的时间和成本。制造。

电容式编码器的缺点

但是，电容式编码器有各种可编程分辨率，每次需要新的分辨率时，设计者都不需要更换编码器，因此不仅减少了库存，还简化了PID控制环路的微调和系统的优化。

关于BLDC马达的整流，通过电容式编码器，可以进行数字对准和索引脉冲的调整。这是光电编码器反复进行的耗时作业。

内置诊断允许设计者额外访问系统数据以优化系统或现场故障排除。


图3：电容性、光学、磁性技术的主要业绩评价指标的比较（图像源：CUI设备）

实际应用中如何选择编码器的类型？

在许多运动控制应用中，温度、振动和环境污染物是Hengstler编码器必须克服的关键问题。我们发现电容式编码器可以克服这些挑战。

与光学或磁性技术相比，它为设计人员提供了可靠、准确、灵活的解决方案。

此外，电容式编码器还为可编程性和诊断功能、最新的物联网（IoT）和工业物联网（IIoT）应用程序添加了更好的数字功能。

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