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编码器在运动控制类产品中比较常见，旋转编码器都是组成运动控制反馈回路的关键元器件，包括工业自动化设备和过程控制、机器人技术、医疗设备、能源、航空航天等。

作为将机械运动转换为电信号的器件，编码器可为工程师提供位置、速度、距离和方向等基本数据，用以优化整个系统的性能。

光学式、磁式和电容式是可供工程师使用的三种主要编码器技术。
不过，要确定哪种技术最适合最终应用，还需要考虑一些因素。

本文将概述光学式、磁式和电容式三种编码器技术，并且略述各种技术的利弊权衡。

多年来，光学编码器一直都是运动控制应用市场的热门选择。
它由 LED 光源（通常是红外光源）和光电探测器组成，二者分别位于编码器码盘两侧。

码盘由塑料或玻璃制成，上面间隔排列着一系列透光和不透光的线或槽。
码盘旋转时，LED 光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断，从而产生两路典型的方波 A 和 B 正交脉冲，可用于确定轴的旋转和速度。

图 1：光学编码器的典型 A 和 B 正交脉冲，包括索引脉冲

尽管光学编码器应用广泛，但仍有几点缺陷，在工业应用等多尘且肮脏的环境中，污染物会堆积在码盘上，从而阻碍 LED 光透射到光学传感器。

由于受污染的码盘可能会导致方波不连续或完全丢失，因而极大地影响了光学编码器的可靠性和精度。

LED 的使用寿命有限，最终总会烧坏，从而导致编码器故障。
此外，玻璃或塑料码盘容易因振动或极端温度而损坏，因而限制了光学编码器在恶劣环境应用中的适用范围；将其组装到电机上不仅耗时，而且受污染的风险更大。

最后，如果光学编码器的分辨率较高，则会消耗 100 mA 以上的电流，进一步影响了它应用于移动设备或电池供电设备。

磁性编码器

磁性编码器的结构与光学编码器类似，但它利用的是磁场，而非光束。
磁性编码器使用磁性码盘替代带槽光电码盘，磁性码盘上带有间隔排列的磁极，并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转。

码盘的任何转动都会使这些传感器产生响应，而产生的信号将传输至信号调理前端电路以确定轴的位置。

相较于光学编码器，磁性编码器的优势在于更耐用、抗振和抗冲击。
而且，在遇到灰尘、污垢和油渍等污染物的情况下，光学编码器的性能会大打折扣，磁性编码器却不受影响，因此非常适合恶劣环境应用。

不过，电机（尤其是步进电机）产生的电磁干扰会对磁性编码器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生位置漂移。

此外，磁性编码器的分辨率和精度相对较低，在这方面远不及光学和电容式编码器。

电容式编码器

电容式编码器主要由三部分组成：转子、固定发射器和固定接收器。
电容感应使用条状或线状纹路，一极位于固定元件上，另一极位于活动元件上，以构成可变电容器，并配置成一对接收器/发射器。

转子上蚀刻了正弦波纹路，随着电机轴的转动，这种纹路可产生特殊但可预测的信号。
随后，该信号经由编码器的板载 ASIC 转换，以计算轴的位置和旋转方向。