傳感器和檢測工作技術(shù)應(yīng)用第十一講

1、傳感器和檢測工作技術(shù)應(yīng)用第十一講磁柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理v組成組成v測量原理測量原理v磁柵結(jié)構(gòu)、原理、對磁柵的要求磁柵結(jié)構(gòu)、原理、對磁柵的要求v磁頭結(jié)構(gòu)、原理、種類磁頭結(jié)構(gòu)、原理、種類 磁柵式傳感器主要由磁柵、磁頭和檢測電路組成。 磁柵上錄有等間距的磁信號，它是利用磁帶錄音的原理將等節(jié)距的周期變化的電信號(正弦波或矩形波)用錄磁的方法記錄在磁性尺子或圓盤上而制成的。 組成組成：測量原理測量原理: 裝有磁柵傳感器的儀器或裝置工作時，磁頭相對于磁柵有一定的相對位置，在這個過程中，磁頭把磁柵上的磁信號讀出來，這樣就把被測位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號。 （一）磁柵 磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示，磁柵基體磁柵結(jié)構(gòu)如圖所

2、示，磁柵基體1 1是用不導(dǎo)磁材是用不導(dǎo)磁材料做成的，上面鍍一層均勻的磁性薄膜料做成的，上面鍍一層均勻的磁性薄膜2 2，經(jīng)過錄，經(jīng)過錄磁，其磁信號排列情況如圖中所示，磁，其磁信號排列情況如圖中所示，要求錄磁信要求錄磁信號幅度均勻號幅度均勻，幅度變化應(yīng)小于幅度變化應(yīng)小于1010，節(jié)距均勻節(jié)距均勻。目前長磁柵常用的磁信號節(jié)距一般為目前長磁柵常用的磁信號節(jié)距一般為0.050.05mmmm和和0.020.02mmmm兩種，圓磁柵的角節(jié)距一般為幾分至幾十兩種，圓磁柵的角節(jié)距一般為幾分至幾十分。分。具體使用時對磁柵還有如下的要求： 磁柵的基尺（磁尺）要求不導(dǎo)磁，線膨脹系數(shù)磁柵的基尺（磁尺）要求不導(dǎo)磁，線膨脹

3、系數(shù)應(yīng)與儀器或機床的相應(yīng)部分相近似。由于在基應(yīng)與儀器或機床的相應(yīng)部分相近似。由于在基尺上要鍍一層磁性薄膜，所以要求基尺有良好尺上要鍍一層磁性薄膜，所以要求基尺有良好的加工和電鍍性能。的加工和電鍍性能。 為了使磁尺上錄的磁信號能長時期保存，并希為了使磁尺上錄的磁信號能長時期保存，并希望產(chǎn)生較大的輸出信號，要求磁性薄膜剩磁感望產(chǎn)生較大的輸出信號，要求磁性薄膜剩磁感應(yīng)要大，矯頑力要高，電鍍要均勻，目前常用應(yīng)要大，矯頑力要高，電鍍要均勻，目前常用Ni-Co-P合金。合金。 對磁尺表面要求長磁柵平直度為（對磁尺表面要求長磁柵平直度為（0.0050.01）mm/m，圓磁柵的不圓度為圓磁柵的不圓度為0.00

4、50.01mm，表表面粗糙度要小。面粗糙度要小。 要求所錄磁信號幅度均勻，幅度變化小于要求所錄磁信號幅度均勻，幅度變化小于10%，節(jié)距均勻，滿足一定精度要求。節(jié)距均勻，滿足一定精度要求。幾種常見磁柵的結(jié)構(gòu) （二）磁頭 磁柵上的磁信號由讀取磁頭讀出，按讀取 信號方式的不同，磁頭可分為靜態(tài)磁頭動態(tài)磁頭動態(tài)磁頭 動態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱速度響應(yīng)式磁頭 它只有一組線圈 1磁頭；2磁柵；3輸出波形 動態(tài)磁頭的工作原理 靜止時就沒有信號輸出。因此它不適合用于長度測量 靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭是調(diào)制式磁頭調(diào)制式磁頭，又稱磁通響應(yīng)式磁頭磁通響應(yīng)式磁頭。 它與動態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭磁頭與磁柵之間

5、沒有相對運動的情況下也有信號輸與磁柵之間沒有相對運動的情況下也有信號輸出出。 靜態(tài)磁頭的工作原理 1磁頭；2磁柵；3輸出波形 鐵心的磁阻很大，磁柵上的信號磁通不能通過磁頭，因而輸出繞組無感應(yīng)電勢輸出。只有當(dāng)激勵磁信號兩次過零時，鐵心不飽和，磁柵上的信號磁通才能通過輸出繞組的鐵心而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁通漏磁通變化來產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢的。靜態(tài)磁頭輸出信號的頻率為勵磁電源頻率的兩倍，其幅值則與磁柵與磁頭之間的相對位移成正弦（或余弦）關(guān)系。 tWxUU2sin2sinm0 幅值系數(shù)；磁頭與磁柵的相對位移；磁柵的節(jié)距；激勵磁信號的角頻率 mUxW磁柵傳感器的數(shù)字測量原理

6、：磁柵傳感器的數(shù)字測量原理： 根據(jù)磁柵和磁頭相對移動讀出磁柵上的信號的不同，所采用的信號處理方式也不同。 動態(tài)磁頭動態(tài)磁頭只有一組繞組，其輸出信號為正弦波，信號的處理方法也比較簡單，只要將輸出信號放大整形，然后由計數(shù)器記錄脈沖數(shù)n，就可以測量出位移量的大?。?）。但這種方法測量精度較低，而且不能判別移動方向。 nWs 靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭一般用兩個磁頭，兩個磁頭間距為一般用兩個磁頭，兩個磁頭間距為n W/4，其其中中n為正整數(shù)，為正整數(shù)，W為磁信號節(jié)距，也就是兩個磁頭布置成為磁信號節(jié)距，也就是兩個磁頭布置成相位差相位差90關(guān)系。其信號處理方式可分為鑒幅方式和鑒相關(guān)系。其信號處理方式可分為鑒幅方式和

7、鑒相方式兩種。方式兩種。 鑒幅法鑒幅法 若兩磁頭的激勵磁繞組加上同相的正弦激勵磁信號，則兩磁頭的輸出信號為： tWxUU2sin2sinm1tWxUU2sin2cosm2WxUU2sinm1WxUU2cosm2經(jīng)濾除高頻載波后，得到與位移量 成比例的信號為： x鑒相法鑒相法 若兩磁頭的激勵磁繞組上施加相位差為/4的正弦激勵信號，或?qū)⑤敵鲂盘栆葡?2，則兩磁頭輸出信號變?yōu)椋簍WxUU2cos2sinm1tWxUU2sin2cosm2將兩個磁頭的輸出用求和電路相加，則獲得總輸出為：txUUUU22sinm21結(jié)論：結(jié)論：輸出信號的幅值不變，但相位與磁頭、磁柵相對輸出信號的幅值不變，但相位與磁頭、磁

8、柵相對位移量位移量有關(guān)。有關(guān)。 磁柵傳感器的優(yōu)缺點及使用范圍與感應(yīng)同步磁柵傳感器的優(yōu)缺點及使用范圍與感應(yīng)同步器相似，其精度略低于感應(yīng)同步器。器相似，其精度略低于感應(yīng)同步器。 磁柵傳感器的特點磁柵傳感器的特點： 錄制方便，成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合錄制方便，成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時可抹去重錄；適時可抹去重錄； 使用方便，可在儀器或機床上安裝后再錄制使用方便，可在儀器或機床上安裝后再錄制磁柵，因而可避免安裝誤差；磁柵，因而可避免安裝誤差； 可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時希望基準(zhǔn)量中含有桿時希望基準(zhǔn)量中含有因子，可在節(jié)距中考慮。因子，可在節(jié)距中考慮。磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項：項： 影響零位誤差的主要因素有影響零位誤差的主要因素有：磁柵的節(jié)距誤磁柵的節(jié)距誤差；磁柵的安裝與變形誤差；磁柵剩磁變化差；磁柵的安裝與變形誤差；磁柵剩磁變化所引起的零位漂移；外界電磁場干擾等。所引起的零位漂移；外界電磁場干擾等。 影響細(xì)分誤差的主要因素有影響細(xì)分誤差的主要因素有：由于磁膜不均由于磁膜不均勻或錄磁過程不完善造成磁柵上信號幅度不相等；勻或錄磁過程不完善造成磁柵上信號幅度不相等；兩個磁頭間距偏離兩個磁頭間距偏離1/41/4節(jié)距較遠(yuǎn)；