容栅传感器的测量原理及其结构

三、容栅旋转编码器的关键技术

容栅编码器有功耗低、性价比高等优点。但其工作容易受到外界的干扰，影响工作稳定性。所以在设计容栅编码器时，需要一些特殊措施来抵抗干扰，提高稳定性。

环境对容栅编码器的工作影响很大，特别是湿度。电容传感器主要是通过两极板之间的电容量变化来反映相应的被测量变化。在大湿度的情况下，会改变两极板间的介电常数影响电容值，同时也使容栅电路的漏电流明显增大，使容栅编码器工作的稳定性将受到削弱。因此，建立一个良好的容栅工作小环境，使其免受外界环境的影响，对其能否可靠工作非常重要。

容栅编码器是靠电容极板传递信号，因此保证极板之间的电场稳定是容栅位移信号能够正常无误传递的前提。由于容栅编码器经常用于工业环境，其现场工作环境很差，常伴有大功率的电磁干扰，将容栅核心部件全部密封在金属壳内，而非像一般的容栅数显产品把静栅暴露于环境中，这样既有效的进行了电磁屏蔽，同时隔绝了外界水汽、油污，使编码器能在一个相对良好的环境中工作。

容栅的动栅和静栅的屏蔽极都要有效的接地，起隔离屏蔽和消除寄生电容的作用。实际中，动栅和静栅相互独立，没有任何连线，这就需要通过外界搭桥，一般情况下，编码器的外壳就起这样的作用。动栅上集成的容栅芯片的正极通常和动栅屏蔽极相连，这就有可能由于后续电路接地引起电池短路。因此在进行电路设计时，必须考虑这个特点，在设计上采取针对性措施，对电路进行隔离，来解决因后续电路接地带来的电池短路问题。
容栅编码器是一种准绝对式传感器。在平时全靠内部电池维持其正常工作，因此，电池问题不容忽视。经过实际操作证明在电池电压降低时，将产生许多不可预料的情况。采用超级电容和电池并联工作，可以有效的降低电池的功耗，延长容栅编码器的工作时间。同时，通过设计电路实测电池电压报警，尽量避免由于电池电量不足影响编码器正常工作。

除了以上几点，还需要其他的一些软件和硬件上的辅助措施，才能保证容栅编码器正常稳定的工作。

四、容栅旋转编码器的应用

容栅旋转编码器具有测量分辨率高、量程大，可以应用于大位移（角位移）测量。表1列出了不同节距数时，容栅旋转编码器的分辨率可达到的精度和测量量程。

利用上述性能，可作为多圈角位移的高精度测量。如丝杠推进位移的高精度控制，借助齿条、链条、线束传动，可以将角位移转换为线位移。用容栅编码器作大位移测量，如长行程油缸的位移，堆取料机在轨道上定位等，笔者曾将容栅编码器用于超大型构件水平推进的同步控制，取得良好效果。

容栅旋转编码器类似于绝对式编码器，其机电转换部件由内置电池供电，其信号发送部件由外接电源供电。当外接电源断开时，虽然不输出数据，但传感器还是在内部电池支持下工作，对角位移的变化做出反应，在任何时间都能取得正确数据。因为要有内部电池支持，这类传感器被称作准绝对式传感器。由于传感器耗电极小（<10mA）更换一粒钮扣电池可工作一年以上。与led容栅编码器采用RS-422通讯接口，便于计算机接口，也便于进行长距离的信号传递。每个传感器可设置其ID编码号，便于实现多个传感器信号的网络传递。容栅编码器数据测量周期最短为20ms，数据长度为4字节，可以和一般的串行通讯速率相匹配。

五、结束语

随着容栅技术的应用，容栅编码器破壳而出。凭借其优异的性能和可靠性的不断改进，容栅编码器必将越来越受到关注，在今后的编码器市场上占据自己的一席。