电感式编码器核心概念与名词解释

一、基础物理与信号

• 1. 电磁感应
  Electromagnetic Induction
  变化中的磁场在闭合电路（如线圈）中产生电动势（电压）的物理现象。这是所有电感式传感器和旋转变压器的工作基础。
• 2. 涡流
  Eddy Currents
  当一个变化的磁场作用于一个导电体（如金属转子）时，在导体内感应出的闭合环形电流。涡流会产生自己的反向磁场，从而改变（通常是削弱）原始磁场，这是传感器检测到目标物的关键。
• 3. 发射线圈
  Transmitter/TX Coil
  在定子上，由外部电路驱动产生高频交流电磁场的线圈。它是传感器的"信号源"。
• 4. 接收线圈
  Receiver/RX Coil
  在定子上，用于检测由转子调制后的磁场变化，并感应出电压信号的线圈。它是传感器的"信号捕获器"。
• 5. 转子/目标物
  Rotor/Target
  传感器的运动部件。在现代PCB电感编码器中，它通常是一个无源的、结构简单的部件，其作用是根据自身位置来调制由TX线圈产生的磁场。它可以是带有导电图案的PCB，带有开口的金属片，或是一个谐振电路。

二、角度与速度

• 6. 机械角度
  Mechanical Angle
  物理世界中物体（如转轴）实际旋转的角度。一个完整的圆周恒为360°机械角度。
• 7. 电气角度
  Electrical Angle
  描述周期性电信号在其一个完整周期中所处相位的角度。一个完整的正弦波周期恒为360°电气角度。
• 8. 极对数
  Pole Pairs, p
  传感器在一个360°机械旋转中，其输出电信号重复的完整周期数。在现代PCB设计中，p通常由定子上的周期性线圈图案数决定。它是连接机械角度和电气角度的核心参数。
  电气角度 = 机械角度 × p
• 9. RPM
  Revolutions Per Minute
  机械转速，指转轴每分钟在物理上旋转的实际圈数。
• 10. ERPM
  Electrical Revolutions Per Minute
  电气转速，指传感器输出的电信号每分钟经历的完整周期数。在电机控制中常用。
  ERPM = RPM × p

三、编码器类型与原理

• 11. 增量式编码器
  Incremental Encoder
  只输出位置变化量的编码器。上电时不知道绝对位置，必须通过移动寻找一个Z相（零位）信号来建立参考点。断电后位置信息丢失。
• 12. 绝对式编码器
  Absolute Encoder
  能够在上电瞬间就提供唯一绝对位置的编码器，无需移动或找零。
• 13. 单圈绝对式
  Single-Turn Absolute
  能在0-360°机械旋转范围内提供唯一绝对位置，但无法记录超过一圈的圈数。
• 14. 多圈绝对式
  Multi-Turn Absolute
  不仅能在0-360°内提供绝对位置，还能记录并输出转轴已经旋转了多少圈。是最高级的绝对编码器形式。
• 15. 游标原理
  Vernier Principle
  一种通过使用两个周期（频率）略有差异的轨道（精细轨道和粗糙轨道）来实现高精度绝对位置编码的技术。通过测量两个轨道信号的相位差，可以无歧义地确定在大范围内的绝对位置。这是实现多圈绝对编码器的核心技术。
• 16. 精细轨道
  Fine Track
  在游标系统中，具有较高极对数（如p_fine=32）的轨道，负责提供高分辨率的圈内位置信息。
• 17. 粗糙轨道
  Coarse Track
  在游标系统中，具有与精细轨道不同极对数（如p_coarse=31）的轨道，负责消除模糊性，用于确定当前处于哪个电周期或哪个机械圈。

四、性能指标

• 18. 分辨率
  Resolution
  传感器能够检测到的最小可测量的角度变化量。它描述了测量的"细腻程度"。通常由极对数p和ADC位数N_ADC决定。
  Resolution (°) = 360° / (p × 2^N_ADC)
• 19. 精度
  Accuracy
  传感器测量值与真实值之间的最大误差。它描述了测量的"准确性"，受到分辨率、制造公差、噪声、温漂等所有误差源的综合影响。
• 20. 编码深度
  Encoding Depth
  在绝对编码器的整个测量范围内，不重复的、唯一的二进制位置码的总数。通常用比特位(bits)表示。它直接决定了理论上的最佳分辨率。在工程上，常被直接称为"XX-bit分辨率"。
• 21. 可重复性
  Repeatability
  在相同条件下，对同一物理位置进行多次测量，其读数的一致性或离散程度。
• 22. 延迟
  Latency
  从请求位置数据到接收到有效位置数据的时间间隔。

五、算法与信号处理

• 23. 正交信号
  Orthogonal Signals, Sin/Cos
  两路在电气上相位差为90°的正弦和余弦信号。它们是精确角度解算的基础。
• 24. atan2(y, x) 函数
  atan2(y, x) Function
  一种双参数反正切函数。它通过接收Sin和Cos两个信号值，并根据它们的正负号判断象限，从而可以无歧义地计算出0-360°范围内的唯一电气角度。
• 25. 校准
  Calibration
  通过测量和补偿，来修正由制造公差、装配误差等引起的系统性误差（如信号的幅度、偏移、正交度不理想等）的过程。是保证高精度的必要步骤。
• 26. ASIC
  Application-Specific Integrated Circuit
  为特定用途设计的集成电路。在编码器中，ASIC通常集成了信号激励、解调、atan2计算、游标算法、接口通信等所有功能，是编码器的"大脑"。