旋转编码器的设计

智能旋转换向编码器提供输出选项、简单调零、简化BOM和基于PC的见解。

新方法开启新机遇

一直以来编码器用户都不愿意改变，因为一些声称可提供卓越性能和可靠性的创新电机控制技术，必须拥有出色的纪录和往绩来作为支持，才可以用于工作场地或工业装置。虽然光学编码器和磁编码器历史悠久，而且基于看似“更具体”的物理概念，但是电容式编码器亦是基于经过全面试验的原理，并且已经通过多年来在现场的成功实际应用中得到证明。这种不同于运动感测的数字式交替方法提供了许多益处，为利用旋转换向编码器的设计人员提供了全新的智能水平。

旋转编码器对于几乎所有运动-控制应用来说都很关键，由于无刷直流电动机(BLDC)使用增加，使得旋转编码器的需求进一步扩大，而且提供了控制、精度和效率等方面的诸多益处。编码器的任务很简单，原则上就是：向系统控制器指示电机轴的位置，请参考图1.控制器可以利用这信息准确高效地给电机绕组转向以及确定速度、方向和加速，这些是运动控制回路维持电机性能要求所需要的参数。

图1 旋转编码器提供电机轴方向、位置、速度和加速信息

编码器可以基于各种技术，这些技术提供标准的A和B正交信号数字输出，某些型号还提供索引输出，请参考图2a.换向编码器(下面将进行更全面的说明)还提供U、V和W换-相的信道输出，请参考图2b.

图2a 光学编码器标准A和B正交信号及索引信号

图2b 换向编码器产生的U、V和W波形

编码器技术

最著名的三种编码器方法分别基于光学技术、磁技术或电容技术。简单来说，光学技术采用带槽圆盘，一侧是LED，而光电晶体管在相对的一侧。当圆盘转动时，光程被阻断，得到的脉冲指示轴的转动和方向。虽然光学方法成本低且效率高，但是以下两个因素使得光学编码器的可靠性下降：污垢、灰尘和油脂等污染物会干扰光程，及LED的使用寿命有限，通常几年之内其亮度损失过半，最终被烧坏。

除了利用磁场而非光束之外，磁编码器的结构与光学编码器类似。磁编码器用磁盘代替带槽光轮，磁盘在一组磁阻传感器上转动，在这些传感器中产生响应，传递给信号-调节前端电路，用于确定轴的位置。虽然这种编码器的耐用性较高，但是容易受到电机产生的电磁干扰影响，准确性不如光学编码器。

第三种方法，即电容式编码方法，具有光学编码器和磁编码器的所有优点，但是却没有它们的缺点。这种技术利用的原理与成熟、低成本而且精密的数字游标卡尺相同。它具有两个柱状或线状型式，一个在固定元件上，另一个在运动元件上，两者一起形成了一个配置为发送器/接收器对的可变电容器，请参考图3.当编码器转动时，一体式ASIC对这些线的变化进行计数，并利用内插法寻找轴的位置和转动方向，建立标准的正交输出，以及其它编码器提供的换向输出，用于控制无刷直流(BLDC)电机。

这种电容式技术的优点是不会磨损，不受工业环境中常见的灰尘、污垢和油脂等污染物质的影响，使其本质上比光学编码器更可靠。电容式编码器还具有其数字控制特征带来的性能优势，包括调节编码器分辨率的能力(脉冲/转数)，不需要更换为分辨率更高或更低的编码器。

图3 电容式编码器对收到的与电机轴连接的转子发送的信号调制脉冲进行计数

最佳选择

CUI全新AMT31系列是先进电容式编码器的典范，提供A和B正交信号、索引信号以及U、V和W换-相的信号。它在48-4096脉冲/转(PPR)之间具有20个可选递增分辨率，2-20之间共7个电机极-对。AMT31系列还具有锁定毂，使安装容易。它从5 V电源轨操作，仅需16 mA供电电流。