從戰斗機器人到火星漫游者，從大型工程車輛到半導體制造設備，還有無數的醫療和軍事應用，編碼器的身影無所不在。

簡而言之，哪里有運動，哪里就肯定有編碼器。這些器件可能不像使用它們的某些產品那樣具有魅力，但是在當今復雜的運動控制系統中至關重要。

旋轉編碼器是工業、機器人、航空航天、能源和自動化應用中運動控制反饋回路的關鍵部件。這些器件必須在惡劣的條件下工作，并會暴露于灰塵、污垢和油脂；變化不定的溫度；以及強振環境。

另外，由于無刷直流 (BLDC) 電機的使用越來越多，對旋轉編碼器的需求也在不斷增大， 從而帶來控制、精度和效率方面的優勢。編碼器的任務很簡單，即為系統控制器指示電機軸的位置。使用此數據，控制器能準確為電機繞組換向，并決定速度、轉向和加速度等參數，運動控制回路需要利用這些參數來保持目標電機性能。在旋轉編碼器應用中，需要長期的可靠性、耐用性和優化的性能，所有這些都意味著在大多數需要精確運動控制的應用中，智能旋轉編碼器變得越來越重要。

目前出現了一些采用智能功能的新方法，帶來了新功能和新機會，改變了不起眼的編碼器的前景。

盡管旋轉編碼器必不可少，但是通常被認為是啞設備，只是用于將脈沖信號提供給更高級別的控制器。傳統上，編碼器用戶不愿接受改變，但如今對于原理經過充分測試的電容式編碼器等技術，他們卻寄予更多信任，并對編碼器在該領域經過證實的多年成功充滿信心。

由于在設計中添加微控制器和自定義 ASIC，因此大大增加多功能性，從而能夠快速配置編碼器的分辨率、零位和極數。這種動作檢測數字方法實現了眾多優勢，為使用旋轉式換向編碼器的設計人員帶來了全新的智能化水平。

編碼器技術：三種類型及其優缺點

最著名的三種編碼器方法分別采用光學、磁性和電容式技術。

光學設置采用帶槽圓盤，一側是 LED，另一側是光電晶體管。圓盤會旋轉并中斷光路，因此產生的脈沖會指示軸的方向和旋轉（圖 1）。盡管成本低廉，但光學編碼器的可靠性會因污垢、灰塵和油污等污染物而降低，并且 LED 的使用壽命有限。

圖 1：這是傳統的光學編碼器設置。（圖片來源：CUI Devices）

磁性編碼器與光學編碼器的結構非常相似，但前者使用的是磁場而不是光束。它使用磁性圓盤替代帶槽光輪，磁性圓盤在磁阻傳感器陣列上轉動。磁輪轉動會在這些傳感器中產生響應，這些響應信號傳遞給信號調節前端電路，以確定軸的位置。雖然具有高耐用性，但磁性編碼器的精度卻不高，并且容易受到來自電機和驅動器的電磁干擾。

電容式編碼器兼具光學和磁性編碼器設計的所有優點，而且擯棄了它們的弱點。這種編碼器更加穩健，并且對環境微粒和電磁干擾很不敏感。電容式編碼器具有兩種線狀形式，一個設在固定元件上，另一個設在移動元件上。這些共同構成一個配置為收發器對的可變電容器（圖 2）。編碼器旋轉會觸發集成的 ASIC，以對線路變化進行計數，并利用插值法跟蹤軸的方向同時提供標準正交輸出，連同其他編碼器提供的換向輸出來控制 BLDC 電機。

圖 2：這是電容式感測，帶有正交條排和輸出波形。（圖片來源：CUI Devices）

編碼器反饋的數字增強

電容式編碼器可提供穩健的性能。另外，與光學和磁性編碼器不同，電容式編碼器的數字輸出使設計邁入 21 世紀 — 有助于簡化產品開發、安裝，甚至維護。

優勢之一是該編碼器能夠調節分辨率（每轉脈沖計數），無需更換為更高或更低分辨率的編碼器圓盤。當進行控制回路優化時，這將大幅提高開發過程中的靈活性。

該數字技術還支持簡單的“一觸式”調零，以便實現快速輕松的安裝，并校準換向信號與 BLDC 電機繞組。在此，用戶可通過激勵適當的電機相位將軸鎖定在目標位置，并命令編碼器在該位置調零。這無需使用任何專用工具，且執行此功能的總用時僅為幾分鐘。相反，使用光學或磁性編碼器，通過調零來機械校準換向信號和電機繞組，這是一個比較復雜且令人沮喪的過程，可能需花費 20 分鐘。

此外，CUI 的 AMT 系列內置智能功能，且隨附 AMT Viewpoint GUI，這也可實現板載診斷，能夠更快地進行現場故障分析，并能夠執行預防措施（如“編碼器狀況良好”測試序列），從而縮短產品上市時間。

此類診斷數據可通過在調試過程中將編碼器從可疑列表中排除，來幫助開發人員進行設計。

此外，診斷功能還可以通過在故障發生之前讓最終用戶深入了解編碼器的健康狀況來在現場提供幫助，并有助于將編碼器的行為與電機運行情況的分析分開，以達到維護目的 — 這可以跟蹤未對準或軸承磨損等問題。在關鍵的運動控制應用中，內置診斷可以讓系統在啟動電機之前驗證編碼器的工作狀態，以避免可能的損壞。

所有編碼器類型適用的智能功能和物聯網連接

基于電容技術的 AMT 編碼器系列的優勢不僅僅在于提高性能和可靠性。它們提供了智能功能以及大量可編程的設置和安裝功能。數字技術是利用智能接口強大功能的下一步行動，以實現傳統編碼器技術無法提供的優勢。