在精密运动控制方面，编码器是将机械运动转换为电信号的重要组件。编码器可用于自动化设备、工业过程控制或机器人技术等诸多应用，提供位置、速度、距离和方向数据。目前市场上主要有三种编码器技术可供选择：磁性、光学和电容。本文说明了每种技术的工作原理，并重点介绍了电容编码器技术的一些内在优势。
主要编码器技术的特点
磁性编码器
磁性编码器由带有交变磁极的旋转磁盘和霍尔效应或磁阻传感器组成，通过检测磁通量场的变化进行工作。磁性编码器坚固耐用，可以有效应对冲击和振动，同时不受油污、污垢和湿气的影响。劣势是容易受到电动机造成的电磁干扰，并且工作温度范围有限。虽然磁性编码器已进行了多项改进，但分辨率和精度通常低于光学编码器和电容编码器。
光学编码器
与磁性编码器相比，光学编码器的分辨率和精度更高。光学编码器由 LED 光源（通常是红外光源）和位于玻璃或塑料编码器盘相对两侧的光电探测器组成。编码器盘包含一系列透明和不透明的交变线路或线槽。编码器盘旋转时，开/关穿过窗口的光线会提供典型的方波 A/B 正交脉冲。虽然光学编码器已主导运动控制市场数十年，但这些设备具有一些内在的劣势。光学编码器依赖“视线”，因此极易受到灰尘、污垢和油污的影响。光盘通常使用玻璃或塑料制成，使其容易因振动和极端温度受到损坏，而且容易在组装到电机的过程中受到污染。运行过程中，光学编码器还会消耗超过 100 mA 的电流，使用寿命最终会受 LED 所限。
电容编码器
电容编码器主要包括三个组件：转子、固定发送器和固定接收器。转子包含正弦模式，旋转过程中，发送器的高频参考信号以可预测的方式进行调制。编码器检测接收板上电容电抗的变化，并使用解调算法将其转换为旋转运动的增量。
电容、光学和磁性编码器盘对比
电容编码器的优势
电容编码器与数显卡尺的工作原理相同，自 2006 年 CUI Devices 推出第一代以来，一直保持着良好的记录。AMT 系列已被证明极为可靠和准确，解决了光学和磁性技术遇到的诸多应用问题。电容编码器比光学编码器更坚固耐用，可以免受灰尘、污垢和油污等各种环境污染物的影响。电容编码器还能更好地应对振动和极端温度。此外，电容编码器不采用 LED，与光学编码器相比，使用寿命更长、体积更小、电流消耗 (6-18 mA) 更低。电容编码器不受电磁干扰和电噪声的影响，与磁性编码器一样坚固耐用，但精度和分辨率更高。
数字化的电容编码器更加灵活，用户可以按需更改分辨率。对于其他技术，分辨率由编码器盘决定。这意味着每次需要不同的分辨率时，都必须更换光学或磁性编码器。电容编码器提供可编程分辨率，不仅可以优化系统（特别是 PID 控制回路设计过程中），还可减少库存量，因为一款编码器可用于多种应用。电容技术还可以数字化设置索引脉冲并对 BLDC 换向编码器进行校准，而其内置的诊断功能使设计人员可以访问宝贵的系统数据，从而在现场快速排除故障。
编码器技术取舍对比
做出取舍
无论系统要求如何，电容编码器都可以提供经济可靠的通用方案，替代光学或磁性传感技术。电容编码几乎可以在任何环境条件下提供极佳的准确性和可靠性，而且其固有的数字化运行还可以提供可编程性和增强的诊断功能，同时兼容传统编码器功能。