旋轉編碼器對於幾乎所有運動-控製應用來說都很關鍵，由於無刷直流電動機（BLDC）使用增加，使得旋轉編碼器的需求進一步擴大，而且提供了控製、精度和效率等方麵的諸多益處。編碼器的任務很簡單，原則上就是：向係統控製器指示電機軸的位置，請參考圖1.控製器可以利用這信息準確高效地給電機繞組轉向以及確定速度
、方向和加速，這些是運動控製回路維持電機性能要求所需要的參數。

 

圖1 旋轉編碼器提供電機軸方向、位置
、速度和加速信息

 

編碼器可以基於各種技術，這些技術提供標準的A和B正交信號數字輸出，某些型號還提供索引輸出，請參考圖2a.換向編碼器（下麵將進行更全麵的說明）還提供U
、V和W換-相的信道輸出，請參考圖2b.

 

圖2a 光學編碼器標準A和B正交信號及索引信號

 

圖2b 換向編碼器產生的U

、V和W波形

 

 

最著名的三種編碼器方法分別基於光學技術、磁技術或電容技術。簡單來說，光學技術采用帶槽圓盤
，一側是LED，而(er)光(guang)電(dian)晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)相(xiang)對(dui)的(de)一(yi)側(ce)。當(dang)圓(yuan)盤(pan)轉(zhuan)動(dong)時(shi)
，光(guang)程(cheng)被(bei)阻(zu)斷(duan)，得(de)到(dao)的(de)脈(mai)衝(chong)指(zhi)示(shi)軸(zhou)的(de)轉(zhuan)動(dong)和(he)方(fang)向(xiang)。雖(sui)然(ran)光(guang)學(xue)方(fang)法(fa)成(cheng)本(ben)低(di)且(qie)效(xiao)率(lv)高(gao)，但(dan)是(shi)以(yi)下(xia)兩(liang)個(ge)因(yin)素(su)使(shi)得(de)光(guang)學(xue)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)下(xia)降(jiang)：汙垢、灰塵和油脂等汙染物會幹擾光程，及LED的使用壽命有限，通常幾年之內其亮度損失過半，最終被燒壞。

 

除chu了le利li用yong磁ci場chang而er非fei光guang束shu之zhi外wai，磁ci編bian碼ma器qi的de結jie構gou與yu光guang學xue編bian碼ma器qi類lei似si。磁ci編bian碼ma器qi用yong磁ci盤pan代dai替ti帶dai槽cao光guang輪lun
，磁ci盤pan在zai一yi組zu磁ci阻zu傳chuan感gan器qi上shang轉zhuan動dong，在zai這zhe些xie傳chuan感gan器qi中zhong產chan生sheng響xiang應ying，傳chuan遞di給gei信xin號hao-調節前端電路

，用於確定軸的位置。雖然這種編碼器的耐用性較高，但是容易受到電機產生的電磁幹擾影響，準確性不如光學編碼器。

 

第三種方法，即電容式編碼方法，具有光學編碼器和磁編碼器的所有優點，但是卻沒有它們的缺點。這種技術利用的原理與成熟、低(di)成(cheng)本(ben)而(er)且(qie)精(jing)密(mi)的(de)數(shu)字(zi)遊(you)標(biao)卡(ka)尺(chi)相(xiang)同(tong)。它(ta)具(ju)有(you)兩(liang)個(ge)柱(zhu)狀(zhuang)或(huo)線(xian)狀(zhuang)型(xing)式(shi)
，一(yi)個(ge)在(zai)固(gu)定(ding)元(yuan)件(jian)上(shang)，另(ling)一(yi)個(ge)在(zai)運(yun)動(dong)元(yuan)件(jian)上(shang)
，兩(liang)者(zhe)一(yi)起(qi)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)配(pei)置(zhi)為(wei)發(fa)送(song)器(qi)/接收器對的可變電容器
，請參考圖3.當編碼器轉動時
，一體式ASIC對(dui)這(zhe)些(xie)線(xian)的(de)變(bian)化(hua)進(jin)行(xing)計(ji)數(shu)，並(bing)利(li)用(yong)內(nei)插(cha)法(fa)尋(xun)找(zhao)軸(zhou)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)轉(zhuan)動(dong)方(fang)向(xiang)
，建(jian)立(li)標(biao)準(zhun)的(de)正(zheng)交(jiao)輸(shu)出(chu)
，以(yi)及(ji)其(qi)它(ta)編(bian)碼(ma)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)換(huan)向(xiang)輸(shu)出(chu)，用(yong)於(yu)控(kong)製(zhi)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)（BLDC）電機。

 

這種電容式技術的優點是不會磨損
，不受工業環境中常見的灰塵、汙(wu)垢(gou)和(he)油(you)脂(zhi)等(deng)汙(wu)染(ran)物(wu)質(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)，使(shi)其(qi)本(ben)質(zhi)上(shang)比(bi)光(guang)學(xue)編(bian)碼(ma)器(qi)更(geng)可(ke)靠(kao)。電(dian)容(rong)式(shi)編(bian)碼(ma)器(qi)還(hai)具(ju)有(you)其(qi)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)特(te)征(zheng)帶(dai)來(lai)的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)，包(bao)括(kuo)調(tiao)節(jie)編(bian)碼(ma)器(qi)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)能(neng)力(li)（脈衝/轉數），不需要更換為分辨率更高或更低的編碼器。

 

圖3 電容式編碼器對收到的與電機軸連接的轉子發送的信號調製脈衝進行計數

 

 

CUI全新AMT31係列是先進電容式編碼器的典範
，提供A和B正交信號、索引信號以及U、V和W換-相的信號。它在48-4096脈衝/轉（PPR）之間具有20個可選遞增分辨率，2-20之間共7個電機極-對。AMT31係列還具有鎖定轂，使安裝容易。它從5 V電源軌操作，僅需16 mA供電電流。

 

但是，電容式編碼器的益處遠遠不止卓越的性能
、靈活性及短期和長期穩定性。與光學和磁編碼器不同的是
，電容式編碼器的數字輸出將係統設計帶入21世紀
，在編碼器的使用中提供許多獨特的係統益處
，覆蓋從產品開發到安裝
，甚至維護的所有階段。

 

為什麼？因為光學或磁編碼器的輸出僅可完成工作，但卻“不靈活”，無法為用戶提供靈活性、見解或操作優勢。相比之下
，電容式編碼器是數字式的
，利用內置的ASIC和微控製器來提供其它特點和增強性能。這種智能輸出在許多方麵改變了用戶和性能場景
，同時與標準編碼器輸出完全兼容。

 

 

讓我們更深入地看看作為CUI AMT31係列等電容式編碼器一部分的ASIC和微控製器可以實現的提升：

 

1.CUI電容式編碼器的數字特性可以實現簡單、快速的“一次觸摸”調零，這個過程是非常簡單的：通過激勵適當的電機相位，將電機軸鎖定到所需的位置，並且指令編碼器在這個位置“調零”
，總體時間僅為一至兩分鍾

，並且無需特殊儀器。

 

相反地，使用光學或磁編碼器，調零采用機械方式調整電機繞組的換向信號，這是一個多步驟
、複雜和經常令人沮喪的過程。它需要鎖定轉子，進行物理對位
，以及後向驅動馬達
，同時使用示波鏡來觀察後部EMF和編碼器波形，實現正確的零交叉對位。這通常需要重複的步驟
，需要重複來實現精細調整和驗證，因而整個過程可能花費15至20分鍾。

 

2.AMT係列的數字特性還極大地提升了係統設計過程

，提供了靈活性
、診斷，並且實現馬達和馬達-控(kong)製(zhi)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)評(ping)測(ce)。特(te)別(bie)地(di)，由(you)於(yu)單(dan)一(yi)電(dian)容(rong)式(shi)編(bian)碼(ma)器(qi)能(neng)夠(gou)支(zhi)持(chi)廣(guang)泛(fan)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)對(dui)極(ji)數(shu)值(zhi)範(fan)圍(wei)，使(shi)得(de)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)可(ke)編(bian)程(cheng)分(fen)辨(bian)率(lv)功(gong)能(neng)，在(zai)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)算(suan)法(fa)開(kai)發(fa)期(qi)間(jian)動(dong)態(tai)調(tiao)整(zheng)PID控製回路的響應和性能
，而無需購買和安裝全新的編碼器。

 

構建在AMT係xi列lie中zhong的de智zhi能neng還hai允yun許xu進jin行xing板ban載zai診zhen斷duan，用yong於yu更geng快kuai的de現xian場chang故gu障zhang分fen析xi，這zhe是shi業ye界jie的de創chuang舉ju。編bian碼ma器qi可ke以yi進jin行xing查zha詢xun
，以yi指zhi示shi它ta是shi否fou運yun作zuo正zheng常chang
，或huo者zhe是shi否fou存cun在zai由you於yu軸zhou的de機ji械xie偏pian心xin或huo其qi它ta問wen題ti造zao成cheng的de某mou種zhong故gu障zhang。因yin此ci，設she計ji人ren員yuan能neng夠gou快kuai速su確que定ding編bian碼ma器qi有you否fou發fa生sheng故gu障zhang，查zha看kan問wen題ti的de來lai源yuan，從cong而er排pai除chu編bian碼ma器qi本ben身shen可ke能neng存cun在zai的de問wen題ti。而er且qie，工gong程cheng師shi能neng夠gou使shi用yong這zhe項xiang功gong能neng作zuo預yu防fang措cuo施shi
，例li如ru
，在zai運yun行xing程cheng序xu之zhi前qian執zhi行xing測ce試shi序xu列lie以yi確que定ding編bian碼ma器qi狀zhuang況kuang良liang好hao。這zhe些xie並bing未wei在zai光guang學xue或huo機ji械xie編bian碼ma器qi上shang提ti供gong的de功gong能neng，可ke讓rang設she計ji人ren員yuan將jiang停ting機ji時shi間jian減jian至zhi最zui少shao，同tong時shi預yu見jian可ke能neng出chu現xian在zai現xian場chang裝zhuang置zhi的de問wen題ti。

 

3.最終，數字接口還可以簡化材料清單（BOM）。由於編碼器可以根據所需的特定變化（PPR、極對，以及轉換方向）使用軟件進行定製，無需列出和存儲多電機產品，或者用於多種產品

，或者在安裝地點所需的不同型款。

 

 

用於CUI電容式編碼器的Windows PC-based AMT Viewpoint軟件加快了開發工作
，並且能夠以簡單的操作來完成耗費時間的瑣碎工作，比如確認型號和型款。它僅僅需要一個USB電纜來接入編碼器
，並且實施簡單的串行數據格式。

 

圖4 CUI的AMT視點軟件提供易於使用的開發接口

 

CUI的設置屏幕可讓用戶查看關鍵的編碼器波形和定時，隨著編碼器選項的改變而自動調節。通過GUI編程編碼器僅僅需要幾個按鍵，每個周期大約需要30秒來完成。最值得注意的是，編碼器用於A、B、索引或換向的對準或調零僅僅需要數秒，這與使用非可編程編碼器來完成這項任務形成了鮮明的對比。

 

在演示模式，用戶能夠使用GUI，以及進行編碼器相關運作
，就像連接實際的編碼器一樣，這是在購買或實際使用之前熟悉編碼器和工具的便利方法。最終
，GUI還支持創建可定購的部件編號，用於特定的編碼器型款，這包括輸出格式、套（孔）適配器
，以及安裝基座等選項。

 

 

基於電容式技術之編碼器具備眾多優勢，不僅僅提供了改進的性能和可靠性
，比如CUI的AMT31器件內置ASIC/微控製器
，提供了支持可編程設置和安裝特性的智能功能
，實現運作智能並且簡化存貨管理。當這些特性結合基於PC的GUI，能夠提供易於使用的複雜功能，極大地簡化編碼器使用的方方麵麵，從樣品設計、pingcehetiaoshi，zhizhianzhuanghepeizhi，yijizhenduanhecunhuozuixiaohua。suoyouzhexiejunyizhenduiqitabianmaqideleisijiage
，weichiyubiaozhunshuchuleixinghegeshidejianrongxing，tongshishixianjiaodidegonghao。AMT31具有易於安裝的適配器
，用於不同的電機軸尺寸，參見圖5，它代表著利用智能接口的合理以提供其它編碼器技術所不具備的廣泛優勢的下一步舉措。

 

圖5 CUI的AMT31編碼器提供了獨特的耐用性和靈活性組合