众所周知，在精密运动控制中，编码器是一个必不可少的组件，它将机械运动转换为电信号。编码器被广泛应用于自动化设备、工业过程控制或机器人等领域，提供位置、速度、距离和方向的数据。
市场上主要有三种编码器技术可供选择：磁编码器、光学编码器和电容编码器。当然，最早还有一种导电式的，即将在 PCB 上形成一个环形串联，用于编码信息。接触刷子会感应导电区域的接触点。这种类型的编码器现在很少使用。
本期将描述每种技术的运作原理，并重点介绍电容编码器技术的一些固有优势。
Optical Encoders 光电编码器
光编码器由一个LED 光源（通常是红外光）和光电探测器组成，位于由玻璃或塑料制成的编码盘的相对两侧。编码盘包含一系列交替的透明和不透明线条或槽。随着磁盘转动，开关通过窗户透过的光线提供了典型的 A & B 正交脉冲方波。
尽管光编码器几十年来一直主导着运动控制市场，这些设备也有固有的缺点。因为光编码器依赖于“视线”，所以它们尤其易受灰尘、污垢和油污影响。光盘通常采用玻璃或塑料制成。使它们容易受到振动和极端温度的损害，以及污染 在组装过程中安装到电机上。在运行时，光编码器也消耗电流超过100 mA，其寿命最终受LED 限制。
Magnetic Encoders 磁编码器
磁编码器由一个带有交替磁极的旋转磁盘和霍尔效应传感器或磁阻传感器组成，通过检测磁场的变化来工作。
磁编码器坚固耐用，能够很好地应对冲击和振动，同时不受油、灰尘和湿气的侵入影响。然而，它们容易受到电机动产生的磁干扰影响，并且具有有限的可操作温度范围。尽管对磁编码器进行了许多改进，但它们通常在分辨率和准确性方面不如光学和电容替代品。
Capacitive Encoders 电容式编码器
电容式编码器技术采用了一种较新的旋转运动传感技术，尽管它已经在多年的数字高精度、低成本卡尺中使用。
电容编码器由三个主要部件组成：转子、固定发射器和固定接收器。转子包含一个正弦图案，随着其旋转，发射器的高频参考信号将以可预测的方式被调制。编码器检测接收板上的电容-电抗变化，并使用解调算法将它们转换为旋转运动的增量。
由于没有 LED，电容式编码器的使用寿命更长、体积更小、电流消耗更低（通常仅为 6mA 到 18mA），比光学编码器更省电。此外，这些编码器对磁场干扰和电气噪声也有较好的免疫力。然而，空气中的污染物仍可能影响电容耦合的显现，从而影响性能的一致性。
对比
电容式编码器源自与数字游标相同的原理，自 CUI Devices 于 2006 年推出第一代产品以来，其表现一直非常出色。AMT 系列已被证明既可靠又准确，解决了光学和磁性技术中遇到的许多应用问题。
与光学编码器相比，电容式编码器更加坚固，能够承受灰尘、污垢和油等环境污染物。电容式编码器在振动和温度极端条件下的表现也更好。此外，由于没有 LED，其使用寿命更长，体积更小，电流消耗更低（6 到 18 毫安），比光学编码器更耐用。它对磁场干扰和电磁噪声免疫，与磁性编码器一样坚固，但提供更高的精度和更高的分辨率。
由于是数字型的，电容式编码器还提供了更大的灵活性，允许用户更改编码器的分辨率。与其他技术相比，分辨率是由编码器盘决定的。这意味着如果需要不同的分辨率，光学或磁性编码器必须被更换。
电容式编码器可编程的分辨率不仅有助于系统优化，特别是在设计 PID 控制回路时，还可以减少库存持有量，因为一个型号可以在多个应用中使用。电容式技术还允许用户通过数字设置编码器的索引脉冲和对 BLDC 进行整定，而其内置的诊断功能为设计者提供了宝贵的系统数据，以便在现场快速进行故障排除。
小结
高性能编码器可用于满足各种应用的多样化需求。鉴于编码器有许多种选择，确定哪种编码器最适合特定应用是困难的。这一决定包括分辨率、接口、功率需求、物理坚固性、电磁干扰考虑、尺寸和成本等因素。
参考链接：
- https://www.mouser.com/blog/optical-magnetic-resolver-or-capacitive
- https://www.dubai-sensor.com/blog/explained-rotary-encoder-working-principle-types-applications-features/
- https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/capacitive-magnetic-and-optical-encoders-comparing-the-technologies
- https://www.mdpi.com/2079-9292/9/7/1063