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在上一篇关于传感器的文章中，我们聊到RVDT角位移传感器，它的工作原理和LVDT直线位移传感器原理类似，都是基于差分感应。 其实，常见的直线位移传感器除了光栅尺，还有差分感应编码器和磁栅编码器等。
今天我们就来聊一下和RVDT及LVDT原理类似的差分感应编码器。
01差分感应编码器的工作原理OK，还是先看看最简单的结构。 如上是一个简单的扁平差分线圈配置图，外圈是初级线圈，里面2个是次级线圈，次级线圈串联。差分变压器的初级线圈产生1MHz–2MHz高频磁场。两个次级线圈相对于初级线圈完全对称差分配置。根据法拉第定律，初级线圈产生的交流磁场在每个次级线圈中感应出一个电压，当磁场的对称性不受干扰时，差分连接的次级线圈的最终电压为零。
当铁磁材料存在于初级线圈产生的磁场中时，会吸引该磁场（因为被磁化）。如果磁场发生变化，但仍保持对称，则次级差分线圈组中感应的电压将保持为零（中间图）。但是，如果磁性材料扰乱了对称性，则会在差分线圈组中感应出非零信号（如上图和下图）。如果磁场发生变化，但仍保持对称，则次级差分线圈组中感应的电压将保持为零。但是，如果物体扰乱了对称性，则会在差分线圈组中感应出非零信号（良好电导体的例子是黄铜、铜、银、铝等）。正式的编码器包含两对差分次级线圈，它们在几何上相互偏移，而线性标尺由重复的铜条组成。如果铜条相对线圈从左向右移动，则会产生正弦信号。传感器芯片上的两组差动线圈的特殊位置，使得产生的两个正弦信号具有 90 度的相位差。差分位移传感器的线圈集成在非常小的芯片内，次级线圈间隔小于 1 毫米。机电系统有许多噪声和干扰源，通常在零到几千赫兹的范围内。由于电感式传感器的载波频率为 1Mhz – 2 MHz，扰动与载波频率不在同一范围内，因此在解调过程中会滤除引入的干扰，几乎不可能产生磁、电磁、热或其他扰动。上图显示了传感器芯片的完整框图，包括初级和次级线圈、传感器电子模块、数字功能和接口。输出信号为正弦和余弦信号，或可进行插值，从而产生分辨率高达每周期 12 位的增量 A quad B 输出信号。上图显示了线性标度的一部分和生成的正弦和余弦信号以及插值因子为1，2，4时产生的波形。对于间距为1.2mm的铜片线性标尺，插值因子可以从2 bit到 12bit，在 12bit插值时，得到的分辨率为 1.2 mm/2^12= 0.3 um。02差分感应编码器的优势差分感应编码器是一种常用于测量和控制系统中的传感器，它具有以下优势：高分辨率：差分感应编码器能够提供高分辨率的位置或运动测量。它们通过比较相邻位置的差异来确定位置变化，因此可以实现更精确的测量。抗干扰能力强：差分感应编码器对于电磁干扰和噪声具有较高的抗干扰能力。由于它们是基于差异测量原理工作的，它们能够减少环境噪声对测量结果的影响。高速测量：差分感应编码器可以实现高速的位置或运动测量。它们通常具有较快的响应时间，可以满足高速运动系统对位置反馈的要求。可靠性高：差分感应编码器通常由耐用的材料制成，具有较长的使用寿命。它们的结构相对简单，没有易损部件，因此可以提供可靠的测量和控制性能。
紧凑设计：差分感应编码器通常采用紧凑的设计，适用于空间有限的应用场景。它们可以集成在小型设备或系统中，并提供准确的位置反馈。低功耗：差分感应编码器通常具有较低的功耗，适用于对能源消耗有限制的应用。它们在提供高精度测量的同时，能够节省能源。总之，差分感应编码器具有高分辨率、抗干扰能力强、高速测量、可靠性高、紧凑设计和低功耗等优势，使其成为许多测量和控制系统中的理想选择。
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