三種編碼器技術(shù)的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用介紹

編碼器用戶(hù)傳統(tǒng)上一直不愿意改變，有很好的理由。在工廠(chǎng)或工業(yè)設(shè)施電機(jī)控制不是創(chuàng)新，使性能和可靠性要求，但缺乏一個(gè)跟蹤記錄和實(shí)質(zhì)性的歷史備份它們的地方。雖然光學(xué)和磁編碼器早已確立，并聘請(qǐng)了可能看起來(lái)“更有形的”物理概念，電容式編碼器還采用了經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的原則，通過(guò)許多年的成功的實(shí)地驗(yàn)證。這種替代方法運(yùn)動(dòng)傳感，被數(shù)字化，開(kāi)辟了一系列的好處和提供情報(bào)的利用旋轉(zhuǎn)編碼器的換向設(shè)計(jì)一個(gè)新的水平。

旋轉(zhuǎn)編碼器是幾乎所有的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的關(guān)鍵，并且對(duì)它們的需要，進(jìn)一步，由于越來(lái)越多地使用直流無(wú)刷(BLDC)電機(jī)的，這使在控制，精度和效率方面的好處擴(kuò)大。編碼器的任務(wù)是簡(jiǎn)單，原則：指示電動(dòng)機(jī)軸到系統(tǒng)控制器(圖1)的位置。使用此信息，控制器可精確地和高效電機(jī)繞組換相以及確定速度，方向和加速度 - 參數(shù)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制環(huán)路需要保持所需的電機(jī)性能。

崔旋轉(zhuǎn)編碼器圖片

圖1：旋轉(zhuǎn)編碼器提供馬達(dá)軸的方向，位置，速度，和加速度信息。

編碼器可以基于各種技術(shù)，所有這些都提供A和一個(gè)索引輸出在一些模型中(圖2a)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出乙正交信號(hào)，加。換流編碼器(描述充分下文)還提供的U，V和W的換向相信道輸出(圖2b)。

標(biāo)準(zhǔn)A和B正交信號(hào)圖像

圖2a：標(biāo)準(zhǔn)A和B正交信號(hào)加上一個(gè)索引信號(hào)，這里示出的光學(xué)編碼器。

U，V和W的波形圖像

圖2b：本U，V和由一個(gè)換向編碼器產(chǎn)生Wˉˉ波形。

編碼器技術(shù)

三種最知名的編碼器的方法是使用光，磁，或電容的技術(shù)。簡(jiǎn)言之，該光學(xué)方法使用開(kāi)槽盤(pán)，與在一側(cè)和光電晶體管上的相反側(cè)的LED。當(dāng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光路被中斷，并且將所得的脈沖指示軸的旋轉(zhuǎn)和方向。雖然成本低和有效，光學(xué)編碼器的可靠性降低由兩個(gè)因素：污染物，如污垢，灰塵，和油可以與光路干涉，并且LED的使用壽命有限，典型地在幾個(gè)丟失一半的亮度多年并最終燒毀。

磁性編碼器的結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的光學(xué)編碼器，所不同的是它使用了一個(gè)磁場(chǎng)，而不是光的光束。代替開(kāi)槽的光學(xué)輪，它具有一個(gè)磁化磁盤(pán)其中旋轉(zhuǎn)過(guò)度的磁阻傳感器的陣列。車(chē)輪的任何旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生在這些傳感器的響應(yīng)，其中進(jìn)到一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)前端電路，以確定軸的位置。同時(shí)它提供的耐久性較高的水平，在磁性編碼器不準(zhǔn)確，容易受到由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾。

第三種方法，電容式編碼，提供了光學(xué)和磁編碼器設(shè)計(jì)的所有優(yōu)點(diǎn)，但沒(méi)有他們的弱點(diǎn)。這種技術(shù)使用相同的原則，行之有效的，低成本而精確的數(shù)字游標(biāo)卡尺。它具有條或線(xiàn)的兩個(gè)模式，與一組固定元件上和移動(dòng)元件上的另一組，一起形成配置為發(fā)射機(jī)/接收機(jī)配對(duì)的可變電容器(圖3)。作為編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)整體的ASIC計(jì)數(shù)這些線(xiàn)路的變化，也內(nèi)插找到軸和旋轉(zhuǎn)方向的位置，以創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)正交輸出，并且還換向輸出，其他編碼器提供，以控制無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)。

這種電容式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，有沒(méi)有衣服穿出來(lái)，它不受污染物，如塵埃，污垢和油脂，這是在工業(yè)環(huán)境中很常見(jiàn)，使得它本質(zhì)上超過(guò)光學(xué)器件可靠。容性編碼器也提供從他們的數(shù)字控制功能導(dǎo)出的性能優(yōu)點(diǎn) - 這包括以調(diào)節(jié)編碼器的分辨率(每轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖)，而不需要更改為更高，或更低，高分辨率編碼器的能力。

電容式編碼器的圖像計(jì)數(shù)接收到的脈沖

圖3：一個(gè)電容編碼器計(jì)數(shù)從被連接到電機(jī)軸由轉(zhuǎn)子所發(fā)送的信號(hào)的調(diào)制而產(chǎn)生的接收脈沖。

所有世界最佳

崔新AMT31系列是國(guó)家的最先進(jìn)的電容式編碼器的一個(gè)例子，提供了A和B正交信號(hào)，索引信號(hào)，以及U，V和W換相信號(hào)?？捎妹哭D(zhuǎn)48到4096個(gè)脈沖(PPR)和7個(gè)電機(jī)極對(duì)之間的2至20二十可選增量分辨率。該AMT31系列還具有易于安裝的鎖定樞紐，從5 V電壓軌工作，并要求供電電流只有16毫安。

然而，電容編碼器的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)優(yōu)越的性能，靈活性和短期和長(zhǎng)期的可靠性。與光學(xué)和磁編碼器，其數(shù)字輸出端采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入21世紀(jì)，在編碼器使用的所有階段提供了許多獨(dú)特的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，安裝，甚至維護(hù)。

為什么會(huì)這樣?光學(xué)或磁性編碼器的輸出是功能但“啞”，并為用戶(hù)提供沒(méi)有靈活性，洞察力，或操作上的優(yōu)點(diǎn)。與此相反，電容編碼器是基于數(shù)字的，并使用內(nèi)置的ASIC和微控制器，以提供附加的功能和增強(qiáng)的性能。在很多方面這種智能輸出改變了用戶(hù)和性能的情況下，同時(shí)仍然有標(biāo)準(zhǔn)編碼器輸出100%兼容。

充實(shí)，有益的變化是到位

讓我們來(lái)看看在得以實(shí)現(xiàn)的ASIC和微控制器的增強(qiáng)功能，其中有一個(gè)電容編碼器的一部分，如崔AMT31系列的更多詳細(xì)信息：

崔電容編碼器的數(shù)字特性使簡(jiǎn)單快捷的“一鍵通”歸零。這個(gè)過(guò)程是簡(jiǎn)單的：通過(guò)激勵(lì)適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)相鎖定軸到所需位置，并命令編碼器“零”在這一位置;的總時(shí)間是只是一到兩分鐘并且不需要專(zhuān)用儀器。

與此相反，回零以機(jī)械地對(duì)準(zhǔn)整流信號(hào)與使用光學(xué)或磁性編碼器的電機(jī)繞組是一個(gè)多步驟的，復(fù)雜的，并且經(jīng)常令人沮喪的過(guò)程。它要求鎖定轉(zhuǎn)子，物理對(duì)齊，然后向后驅(qū)動(dòng)，同時(shí)用示波器觀(guān)察反電動(dòng)勢(shì)和編碼器的波形進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧憬徊媾帕械碾姍C(jī)。這通常是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程與步驟通常需要被重復(fù)進(jìn)行微調(diào)和驗(yàn)證，所以整個(gè)周期需要15至20分鐘。

在A(yíng)MT系列的數(shù)碼功能，也大大提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提供了靈活性，診斷和實(shí)現(xiàn)了電機(jī)和電機(jī)控制器的性能進(jìn)行評(píng)估。特別是，由于單一電容編碼器可以支持廣泛的分辨率和極對(duì)值，設(shè)計(jì)人員可以使用該可編程分辨能力來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整PID控制回路的控制器和算法開(kāi)發(fā)期間的響應(yīng)和性能，而不必購(gòu)買(mǎi)并安裝一個(gè)全新的編碼器。

內(nèi)置于A(yíng)MT系列智能還允許車(chē)載診斷更快現(xiàn)場(chǎng)故障分析，爭(zhēng)行業(yè)第一。編碼器可以查詢(xún)，以指示是否運(yùn)行正常，或者如果有某種故障，由于在軸或其他問(wèn)題的機(jī)械錯(cuò)位。因此，設(shè)計(jì)人員可以迅速判斷編碼器有故障，如果沒(méi)有，找其他地方的問(wèn)題的根源，從而排除了編碼器本身可能存在問(wèn)題。此外，工程師可以使用此功能的預(yù)防措施 - 例如，運(yùn)行應(yīng)用程序之前執(zhí)行的“編碼器好”的測(cè)試序列。這些能力，在光學(xué)和機(jī)械編碼器無(wú)法使用，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑼C(jī)時(shí)間降至最低，同時(shí)又滿(mǎn)足使用單位在現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的問(wèn)題。

最后的數(shù)字接口，也簡(jiǎn)化了物料清單(BOM)的議案。由于編碼器可以在軟件中針對(duì)所需要的具體變化(PPR，極對(duì)，和換向方向)，就沒(méi)有必要列出和庫(kù)存需要在一個(gè)多電機(jī)產(chǎn)品的不同版本，或?qū)Χ鄠€(gè)產(chǎn)品，或在安裝位置。

智能編碼器以及GUI：強(qiáng)大的配對(duì)

在基于Windows PC的AMT視點(diǎn)?軟件，崔電容式編碼器的加速發(fā)展，也變成耗時(shí)平凡的任務(wù)，如確定型號(hào)和版本，到簡(jiǎn)單的操作。它僅需要一個(gè)USB電纜接口到編碼器，并實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的串行數(shù)據(jù)格式。

圖形用戶(hù)界面允許用戶(hù)定制和自定義編碼器到應(yīng)用程序的需要(圖4)。

崔的AMT觀(guān)點(diǎn)軟件Image

圖4：崔的AMT觀(guān)點(diǎn)軟件提供了一個(gè)易于使用的開(kāi)發(fā)接口。

在GUI中的設(shè)置屏幕可以讓用戶(hù)看到鑰匙編碼器波形和時(shí)序，具有自動(dòng)調(diào)整，編碼器選項(xiàng)被改變。編程通過(guò)GUI編碼器只需幾個(gè)按鍵約30秒為周期來(lái)完成。最引人注目的，校準(zhǔn)和歸零編碼器用于為A，B，指數(shù)或減刑模式下只需幾秒鐘，形成了鮮明對(duì)比，以完成這個(gè)任務(wù)不可編程的編碼器。

在演示模式下，用戶(hù)可以通過(guò)圖形用戶(hù)界面也進(jìn)行編碼器相關(guān)的操作就如同實(shí)際的編碼器連接，一種方便的方式來(lái)熟悉之前，任何購(gòu)買(mǎi)或動(dòng)手使用的編碼器和工具。最后，圖形用戶(hù)界面還支持特定的編碼器的版本，其中包括在輸出格式，套(孔)適配器選項(xiàng)，安裝底座，其中包括創(chuàng)建訂購(gòu)的部件編號(hào)。

崔的AMT31編碼

圖5：崔的AMT31 Encoder提供的耐用性和柔韌性的獨(dú)特組合。