许多最尖端的线性运动控制应用场合不仅对准确性和稳定性有要求，而且需要很强的环境适应性、很长的范围以及很高的速度。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，在用铝材制造飞机时就有这些要求。虽然飞机制造商正在尝试采用复合材料作各种新的设计，例如设计波音787 梦幻座驾，但是采用金属薄板，尤其是铝质薄板的传统设计方法仍然是飞机制造业的主流。
        传统的飞机制造方法需要大量的手工操作，例如在机翼外层钻孔用于紧固螺丝。有人认为这些活计非常适合自动化操作，但是要知道钻孔的允许误差是微米级的，而钻孔的间距在几米到几十米之间。你如何采用自动化装备完成这些操作呢？
        解决方案就是采用线性编码器进行反馈控制，编码器的定位长度需要达到几十米，定位精度需要在毫米级以内。光学玻璃编码器无法满足要求，一些生产商利用电磁现象设计了线性位置反馈系统——线性编码器。这种编码器的特点能够满足大量有特殊要求的应用。
        与1930 年至1940 年期间问世的磁带式录音机类似，编码器的磁记录系统由一条细长的磁性材料——磁带，以及一个能够感应磁带上磁性区域的读头组成。磁带可以像一片不锈钢薄膜那么简单控制工程网版权所有，也可以是由复合材料构成。编码器的读头与录音机/ 录放机读头的区别在于，它必须能够感应静态磁场。录音机读头感应磁场强度的变化，而不是静态磁场本身。因此，只有当磁带和磁头之间发生相对位移时， 磁头才能输出信号。
        下页图所示的设计利用了一片Hall 效应半导体芯片感应一定区域内的磁场。这些区域由软铁构成的分界线划分开。分界线之间的那部分磁带所产生的磁化强度影响了流过Hall 传感器的磁通量，从而产生了与磁化强度成正比的 电压。由于Hall 传感器能够感应静态磁场，因此无论磁带移动与否，系统都可以工作。

线性编码器的磁带通常由多层复合材料构成。

        Turck 的产品专家Marty Cwach 介绍了该公司基于以上技术开发的一款增量式线性编码器。磁带的宽度为10 毫米且具有粘合底板。它能够贴合在任何物理的表面，延伸到90 米的长度。读头的宽度为10毫米、长度为40毫米、 高度为25 毫米，工作时与磁带表面的距离在1 毫米以内（推荐0.4 毫米）。通过感应磁带上的各个磁极，系统能够在90 米长度范围内实现5 微米的分辨率。
        线性电机带来的挑战
        线性电机的问世控制工程网版权所有，为编码器带来了特别的挑战。线性电机的优点是不需要借助齿轮或丝杠就能够将电机的旋转运动转换为直线运动，因此它的运行速度远远快于依靠伺服电机驱动的线性运动系统。为了获得准确的位置信息，线性编码器必须以同样快的速度感应并播报位置。
        此外，线性电机缺少了伺服电机特有的紧凑型外壳。它们的定子暴露在工厂环境下。电机缺少了保护伞的同时，编码器也有可能受到环境的侵袭。于是，这就对编码器在恶劣环境下的适应能力提出了要求。

磁带式线性编码器中，磁带是必不可少的。检测头能够感应随位置变化的磁场强度，并转换为位置信息。图中的设计采用了一片Hall传感器芯片感应某个区域的磁场。这些感应区域由软铁构成的分界线所划分

        Mark Eustache 是德国自动化设备生产商Sick 的商业开发经理。他指出，该公司的TTK70 线性编码器就是针对高速线性电机的位置反馈而设计的。他说：“我们的主要任务就是提升编码器的读出速度。”
        TTK70 线性测量系统由一个绝对位置读头和一条宽度为10 毫米、长度为4000 毫米的磁带组成。搭载了Hall 传感器的PCB位于两条平行导轨之间，与被测平面保持平行。
        由于系统工作时需要计算绝对位置，因此当线性电机启动时，读头首先探测起始位置并转换为曼彻斯特编 码。驱动器之后探测到的所有位置都取决于磁带的增量位移，可以是正弦或余弦信号。系统生成的数据通过公司的Hiperface 接口传输到线性驱动器评估电路上。当读头的移动速度在每秒1.3 米时控制工程网版权所有，位置数据的分辨率优于10 微米。在精度有所损失的情况下，移动速度能够达到每秒10 米。

线性编码器需要面对恶劣的工业环境

        线性感应技术
        在另一种技术——线性感应编码器中www.cechina.cn，运动部件是一个发射频率为几百千赫兹的发射线圈。它发出的信号被导轨上的线圈接收。这套系统通过判断哪个线圈接收到最强的信号实现对运动部件相对于导轨的绝对位置的定位。系统通过对相邻线圈的信号强度作对比分隔感应线圈。
        Cwach 对Turck 的线性感应位置编码器的性能进行了介绍，这台设备的工作范围从100 毫米到1 米不等。它的铝制横截面尺寸为25 毫米×25 毫米，顶部采用了聚碳酸酯材料。传感器部分发出频率为187kHz 的交流电磁场。带有接收线圈的印刷电路板被架设在导轨上，10毫米为一个单元。标准系统的模拟输出分辨率为12 比特，在测量范围内提供4096个脉冲。增强版系统的分辨率提高到20 比特，能够分辨1 微米的长度。
        据Cwach 介绍，这台设备的应用领域包括了移动设备、机械加工、仓储、叉式起重机、包装、滚辗机、印刷机以及网络处理。它的防护等级达到了IP64，能够用于焊接行业。此外，它还能够经受液体溅射的考验，适用于食品和饮料行业。

电感式线性编码器代表了另一种技术。编码器静态部件中包含的感应线圈接收运动部件上的线圈发出的低频电波信号。

        这些由磁性驱动的线性编码器的特点在于：拥有较大的量程（从几米到几十米），测量准确度达到了几十微 米甚至更高，能够适应严苛的环境。由于电磁效应能够在很长的范围内 起效并且对环境干扰有一定的免疫能力，因此这些磁性系统能够以较低的成本满足要求。诸如铝和塑料之类的非磁性材料被用以制造线性传感器的外壳，从而满足在恶劣环境下的使用需求。由于电磁感应的范围很宽，这类编码器可以在不损失精度的情况下测量毫米级的长度。