磁柵式傳感器

磁柵式傳感器第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二大尺寸磁柵尺外形圖第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二一、磁柵的組成及類型1．磁柵的組成磁柵傳感器是由磁柵（磁尺）、磁頭、檢測電路組成。l－磁尺；2－尺基；3－磁性薄膜；4－鐵心；5－磁頭第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁柵的外形及結構圖磁尺靜態(tài)磁頭去信號處理電路固定孔第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2．磁柵的類型長磁柵圓磁柵（測量直線位移）（測量角位移）尺形帶形同軸形第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1－磁頭2－磁柵3－屏蔽罩4－基座5－軟墊第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁尺磁柵外觀圖磁頭第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二德國SIKO

磁柵尺第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁頭與磁尺相對運動時的輸出波形二、磁柵傳感器的工作原理1．基本工作原理磁柵傳感器工作原理動畫演示第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁柵傳感器由磁柵（簡稱磁尺）、

磁頭和檢測電路組成。

磁尺是用非導磁性材料做尺基，

在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，

然后錄上一定波長的磁信號而制成的。

磁信號的波長（周期）又稱節(jié)距，

用W表示。

磁信號的極性是首尾相接，

在N、

N重疊處為正的最強，

在S、S重疊處為負的最強。

磁尺的斷面和磁化圖形如圖所示。

1．基本工作原理第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二圖5-4-1磁柵傳感器示意圖第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二這里以靜態(tài)磁頭為例，簡要說明磁柵傳感器的工作原理。

靜態(tài)磁頭的結構如上圖所示，它有兩組繞組N1和N2。其中，

N1為勵磁繞組，N2為感應輸出繞組。在勵磁繞組中通入交變的勵磁電流，一般頻率為5kHz或25kHz，

幅值約為200mA。

勵磁電流使磁芯的可飽和部分（截面較?。┰诿恐芷趦劝l(fā)生兩次磁飽和。磁飽和時磁芯的磁阻很大，磁柵上的漏磁通不能通過鐵芯，輸出繞組不產生感應電動勢。只有在勵磁電流每周兩次過零時，可飽和磁芯才能導磁，磁柵上的漏磁通使輸出繞組產生感應電動勢e?？梢姼袘妱觿莸念l率為勵磁電流頻率的兩倍，而e的包絡線反映了磁頭與磁尺的位置關系，其幅值與磁柵到磁芯漏磁通的大小成正比。

第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二式中：Em－感應電勢的幅值W－磁柵信號的節(jié)距x－機械位移量磁頭輸出的電勢信號經檢波，保留其基波成分，可用下式表示：第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2．信號處理方式當兩只磁頭勵磁線圈加上同一勵磁電流時，兩磁頭輸出繞組的輸出信號為：式中：－機械位移相角，第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二圖5-4-3雙磁頭結構雙磁頭是為了識別磁柵的移動方向而設置的，其結構如圖5-4-3所示。兩磁頭按(m±1／4)λ配置（m為正整數(shù)），它們的輸出電壓分別是第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二為增大輸出，實際使用時常采用多間隙磁頭。多間隙磁頭的輸出是許多個間隙磁頭所取得信號的平均值，有平均效應作用，因而可提高測量精度。

圖5-4-4雙磁頭結構第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二將第二個磁頭的電壓讀出信號移相900，兩磁頭的輸出信號則變?yōu)椋簩陕份敵鱿嗉?，則獲得總輸出：（1）鑒相方式第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁尺與磁頭接觸，使用壽命不如光柵，數(shù)年后易退磁。設置兩個磁頭的意義何在？第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二利用輸出信號的幅值大小來反映磁頭的位移量或與磁尺的相對位置的信號處理方式。經檢波器去掉高頻載波后可得：（2）鑒幅方式與光柵的信號辨向、細分一致。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二鑒幅型磁柵傳感器的原理框圖第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁柵數(shù)顯裝置的結構示意圖1－磁性標尺2－磁頭3－固定塊4－尺體安裝孔5－泡沫墊6－滑板安裝孔7－磁頭連接板8－滑板三、磁柵數(shù)顯裝置

第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二國產磁柵數(shù)顯裝置的LSI芯片組成：1．磁頭放大器（SF023）2．磁尺檢測專用集成芯片（SF6114）主要功能：兩輸入信號的放大；通道B信號移相900；通道A和通道B信號求和放大；補償兩只磁頭特性所需的調整和來自數(shù)顯表供給兩只磁頭的勵磁信號。主要功能：對磁尺勵磁信號的低通濾波和功率放大；供給磁頭的勵磁信號；對放大器輸出信號經濾波后進行放大、限幅、整形為矩形波；接受反饋信號對磁尺檢出信號進行相位微調。第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二4．可逆計數(shù)芯片（WK50395）3．磁尺細分專用集成芯片（SIM－011）主要功能：對磁尺的節(jié)距W＝200μm實現(xiàn)200或40或20等分的電氣細分，從而獲得1、5、10μm的分辨力（最小顯示值）。該芯片帶有比較寄存器和鎖存器的P溝道MOS六位十進制同步可逆計數(shù)/顯示驅動器。可以逐位用BCD碼置數(shù)，及有異步清零功能。第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1．磁柵測量系統(tǒng)壓板磁頭磁尺四、磁柵式傳感器的應用數(shù)顯第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二磁柵在磨床測長系統(tǒng)中的應用磁尺2．應用實例第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二§5－4感應同步器圓感應同步器與角度數(shù)顯表外形圖（參考航天數(shù)顯中心）第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點：具有精度高、抗干擾能力強、工作可靠、對工作環(huán)境要求低、維護方便、壽命長、制造工藝簡單。用途：可用來測量直線或轉角位移。分類：測量直線位移的稱長感應同步器，測量轉角位移的稱圓感應同步器。第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二一、感應同步器的結構和類型圓盤式感應同步器示意圖直線式感應同步器示意圖1．結構第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二定尺與滑尺繞組關系圖第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二感應同步器的解剖圖第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2．類型直線式旋轉式（圓盤式）帶型標準型窄型第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二直線式感應同步器的尺寸和精度一覽表種類定尺尺寸（mm）滑尺尺寸（mm）測量周期（mm）精度(μm)標準型250×58×9.5100×73×9.521.5～2.5窄型250×30×9.574×35×9.522.5～5帶型(200～2000)×19－210第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二帶型感應同步器外形圖（參考東方仿真）第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二二、感應同步器的工作原理感應同步器原理動畫演示第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二在定尺繞組上加上激勵電流，于是滑尺繞組中便產生感應電勢，其值為設感應線圈A的中心從勵磁線圈中心右移的距離為x

，則感應電動勢為上式中：Em=K0UmωK－主要與兩繞組的相對位置等因素有關第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二如圖滑尺繞組有兩組，相差1/4個周期，則有第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二從勵磁形式來說一般可分為二大類：一類是以滑尺(或轉子)勵磁，由定尺(或定子)取感應電動勢，另一類則相反。依信號處理方式而言，一般可分為鑒相型、鑒幅型和脈沖調寬型三種，而脈沖調寬型本質上也是一種鑒幅。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1．鑒相方式在滑尺的正弦、余弦繞組上供給幅值和頻率相同、相位差900的勵磁電壓us和uc，兩個勵磁繞組在定尺繞組上感應電勢分別為：定尺上的總感應電勢為：第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2．鑒幅方式在滑尺的正弦、余弦繞組上供以同頻、反相，但幅值不等的交流勵磁電壓us和uc，即：兩個勵磁繞組在定尺上感應電勢分別為：第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期