西門子深圳市（中國）授權總代理-西門子PLC模塊

編碼器在運動控制類產品中比較常見，旋轉編碼器都是組成運動控制反饋回路的關鍵元器件，包括工業自動化設備和過程控制、機器人技術、醫療設備、能源、航空航天等。
作為將機械運動轉換為電信號的器件，編碼器可為工程師提供位置、速度、距離和方向等基本數據，用以優化整個系統的性能。

光學式、磁式和電容式是可供工程師使用的三種主要編碼器技術。不過，要確定哪種技術Zui適合Zui終應用，還需要考慮一些因素。
本文將概述光學式、磁式和電容式三種編碼器技術，并且略述各種技術的利弊權衡。

光電編碼器

多年來，光學編碼器一直都是運動控制應用市場的熱門選擇。它由 LED 光源（通常是紅外光源）和光電探測器組成，二者分別位于編碼器碼盤兩側。
碼盤由塑料或玻璃制成，上面間隔排列著一系列透光和不透光的線或槽。碼盤旋轉時，LED 光路被碼盤上間隔排列的線或槽阻斷，從而產生兩路典型的方波 A 和 B 正交脈沖，可用于確定軸的旋轉和速度。

圖 1：光學編碼器的典型 A 和 B 正交脈沖，包括索引脈沖
盡管光學編碼器應用廣泛，但仍有幾點缺陷，在工業應用等多塵且骯臟的環境中，污染物會堆積在碼盤上，從而阻礙 LED 光透射到光學傳感器。
由于受污染的碼盤可能會導致方波不連續或完全丟失，因而極大地影響了光學編碼器的可靠性和精度。
LED 的使用壽命有限，Zui終總會燒壞，從而導致編碼器故障。此外，玻璃或塑料碼盤容易因振動或極端溫度而損壞，因而限制了光學編碼器在惡劣環境應用中的適用范圍；將其組裝到電機上不僅耗時，而且受污染的風險更大。
Zui后，如果光學編碼器的分辨率較高，則會消耗 100 mA 以上的電流，進一步影響了它應用于移動設備或電池供電設備。

磁性編碼器

磁性編碼器的結構與光學編碼器類似，但它利用的是磁場，而非光束。磁性編碼器使用磁性碼盤替代帶槽光電碼盤，磁性碼盤上帶有間隔排列的磁極，并在一列霍爾效應傳感器或磁阻傳感器上旋轉。
碼盤的任何轉動都會使這些傳感器產生響應，而產生的信號將傳輸至信號調理前端電路以確定軸的位置。
相較于光學編碼器，磁性編碼器的優勢在于更耐用、抗振和抗沖擊。而且，在遇到灰塵、污垢和油漬等污染物的情況下，光學編碼器的性能會大打折扣，磁性編碼器卻不受影響，因此非常適合惡劣環境應用。

不過，電機（尤其是步進電機）產生的電磁干擾會對磁性編碼器造成極大的影響，并且溫度變化也會使其產生位置漂移。
此外，磁性編碼器的分辨率和精度相對較低，在這方面遠不及光學和電容式編碼器。

電容式編碼器

電容式編碼器主要由三部分組成：轉子、固定發射器和固定接收器。電容感應使用條狀或線狀紋路，一極位于固定元件上，另一極位于活動元件上，以構成可變電容器，并配置成一對接收器/發射器。
轉子上蝕刻了正弦波紋路，隨著電機軸的轉動，這種紋路可產生特殊但可預測的信號。隨后，該信號經由編碼器的板載 ASIC 轉換，以計算軸的位置和旋轉方向。