高精度与耐用性的电容式编码器

工业自动化29 3月 2021

在工厂自动化的过程中，需要准确控制机器和工具中的电机运行，并在异常发生时提前发出警告，以减少因机械故障导致的停机时间。本文将向您展示用于电机控制的各种编码器技术的发展、优缺点，以及同天公司所推出的电容式编码器的产品特点。

磁编码器和光学编码器各有其优缺点

在精密运动控制领域，编码器是将机械运动转化为电信号的重要组件。编码器可以应用于许多领域，如自动化设备、工业过程控制或机器人技术，并能够提供位置、速度、距离和方向的数据。目前，市场上主要有三种编码器技术，包括磁性编码器、光学编码器和电容式编码器。磁性编码器由一个带有交替磁极的旋转磁盘以及霍尔效应或磁阻传感器组成，其工作原理是通过检测磁通场的变化来运行。磁性编码器坚固耐用，能够很好地应对震动和冲击，并且不受油污、灰尘和潮湿环境的影响。然而，磁性编码器易受来自电动机的磁干扰的影响，并且其工作温度范围有限。尽管对磁性编码器已经进行了许多改进，但其分辨率和精度通常低于光学和电容式编码器。与磁性编码器相比，光学编码器可以提供更高的分辨率和更高的精度。光学编码器由一个LED光源（通常是红外光源）和一组位于编码器玻璃或塑料盘两侧的光电探测器组成。尽管光学编码器在运动控制市场上已经占据了几十年的主导地位，但由于依赖“视线”运行，因此它们特别容易受到灰尘、污垢和油渍的影响，还容易受到震动和极端温度的影响。此外，光学编码器在运行过程中会消耗高达100 mA的电流，其使用寿命最终也会受到LED寿命的限制。

电容式编码器提供更高的精度和耐用性

电容式编码器由三个主要部件组成：转子、固定的发送器和固定的接收器。转子上具有正弦图案，当转子旋转时，发送器的高频参考信号以可预测的方式被调制。编码器检测接收板上电容电抗的变化，并使用解调算法将其转换为旋转运动的增量。与光学编码器相比，电容式编码器更耐用，能够承受各种环境污染物，并且在振动和极端温度下表现更佳。此外，由于没有LED，电容式编码器具有更长的使用寿命、更小的占用空间以及更低的电流消耗（6 至 18 mA）。它不受磁干扰和电噪声的影响，与磁性编码器一样坚固，但却拥有更高的精度和分辨率。鉴于电容式编码器的数字特性，它还提供了更大的灵活性，允许用户更改编码器的分辨率。使用其他技术时，分辨率取决于编码器的圆盘，这意味着每次需要不同分辨率时，光学或磁性编码器都必须被更换。而电容式编码器的可编程分辨率不仅可以用于系统优化（尤其是在设计PID控制回路时），还可以减少库存，因为单一型号产品即可适用于多种应用。电容技术还支持对索引脉冲进行数字设置，并帮助对经无刷直流电机（BLDC）换向的编码器进行对齐，同时其内置诊断功能为设计人员提供系统数据以便在现场快速排查故障。无论系统需求如何，电容式编码器都能提供一种多功能、具有成本效益且可靠的替代方案，用于取代光学或磁性传感技术。电容编码不仅能够在任何环境条件下提供出色的精度和可靠性，还因其固有的数字化操作而具备可编程性和增强的诊断能力，同时仍兼容传统编码器的功能。

灵活的解决方案编程可以减少库存

自2006年Same Sky推出第一代电容式编码器以来，其AMT系列已被证明具有高可靠性和高精度，能够解决光学和磁性技术中遇到的许多应用问题。借助电容感应技术，Same Sky的增量式、绝对式以及换向式AMT模块化编码器能够提供高度耐用的解决方案，同时不牺牲精度。AMT系列最多支持22种可编程分辨率，并可在-40至125℃的温度范围内运行，为工程师在原型设计过程中提供了更大的灵活性。同时，采购经理可以显著减少生产中所需的规格数量。

Same Sky 提供多种标准增量式编码器、绝对编码器以及用于无刷直流电机的换向编码器。同星的 AMT 编码器有径向和轴向配置可选，并提供多种输出信号类型，包括单端、差分线驱动器、SSI、SPI 和 RS-485 等。同星的 AMT 编码器系列拥有多种选择，能够满足几乎任何应用的需求。由于其底层技术的特点，AMT 编码器系列非常坚固，这与容易因玻璃盘上的灰尘或颗粒影响光信号的光学编码器不同，后者内部的 LED 也会随着时间推移易损坏。AMT 编码器采用电容技术，因此不需要 LED 或视线条件。工业环境中常见的灰尘、油污等不会影响 AMT 编码器的性能，它们也非常适合用于需要将整个装置密封在油中的电机或齿轮组件。此外，AMT 编码器不需要光学编码器的玻璃盘，且不会因为跌落、振动或冲击等因素降低效率。AMT 编码器没有任何磨损部件，这意味着旋转次数不受限制，因此更为耐用。

多样化的产品线满足不同需求

Same Sky 的 AMT 编码器系列提供多种选择，分辨率也可以根据需要进行调整。例如，每个 AMT10 或 AMT10E 编码器的背面都有一个 4 位 DIP 开关。用户只需调整开关位置即可选择 16 种分辨率。其他 AMT 系列编码器可以通过 AMT 编程电缆和个人电脑来调整分辨率。Same Sky 的 AMT Viewpoint™ 软件允许用户根据系列配置多种规格，包括分辨率、旋转方向、电机极对数和零点位置。AMT Viewpoint 将帮助客户确定波形图和计算的脉宽值，并在选择分辨率时自动进行调整。所有 AMT 编码器也可以根据需求进行定制，预先配置为任何可用的分辨率。 Same Sky 提供 AMT10 和 AMT10E 系列，AMT11、20、21、22、23 和 31 系列，AMT12 系列，以及 AMT13 和 33 系列电容编码器。