傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二章-3磁柵課件

一、磁柵式位移傳感器磁柵式傳感器的分類、組成磁柵式位移傳感器根據(jù)用途可分為和圓磁柵位移傳感器，分別用于測(cè)量線位移和角位移。磁柵傳感器是由磁柵（磁尺）、磁頭、檢測(cè)電路組成（如右圖所示）l－磁尺；2－尺基；3－磁性薄膜；4－鐵心；5－磁頭磁柵的外形及結(jié)構(gòu)圖磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔磁尺磁柵外觀圖磁頭1－磁頭2－磁柵3－屏蔽罩4－基座5－軟墊長磁柵圓磁柵（測(cè)量直線位移）（測(cè)量角位移）尺形帶形同軸形磁柵的類型磁尺是用非導(dǎo)磁性材料做尺基，在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，經(jīng)過錄磁（即用錄音磁頭沿長度方向按一定波長記錄一周期性信號(hào)，以剩磁的形式保留在磁尺上，這樣磁尺上錄上一定波長的磁信號(hào)），磁尺的磁化圖形排成SN、NS狀態(tài)。磁尺磁信號(hào)的波長（周期）又稱節(jié)距，用λ表示。磁信號(hào)的極性是首尾相接，在N、N重疊處為正的最強(qiáng)，在S、S重疊處為負(fù)的最強(qiáng)。磁尺的的斷面和磁化圖形如下圖所示。磁頭磁柵上的磁信號(hào)先由錄磁頭錄好，再由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)方式的不同，磁頭可分為靜態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱速度響應(yīng)式磁頭，只有一個(gè)繞組，當(dāng)磁頭沿磁柵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出。輸出為正弦波，在N、N重迭處輸出正信號(hào)最強(qiáng)，在S、S重迭處負(fù)信號(hào)最強(qiáng)。（錄音機(jī)上的磁頭就是速度響應(yīng)式磁頭，只有在磁頭和磁帶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才能檢測(cè)出磁信號(hào)）1—磁頭；2—磁柵；3—輸出波形

動(dòng)態(tài)磁頭的工作原理

靜止時(shí)就沒有信號(hào)輸出。因此它只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭是調(diào)制式磁頭，又稱磁通響應(yīng)式磁頭。——該磁頭有兩個(gè)繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組。勵(lì)磁繞組——繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上輸出繞組——繞在磁路截面尺寸較大的豎桿上——它與動(dòng)態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭與磁柵之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出?！?dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化，輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。勵(lì)磁繞組起磁路開關(guān)作用當(dāng)勵(lì)磁繞組N1不通電流時(shí)，磁路處于不飽和狀態(tài)，磁柵上的磁力線通過磁頭鐵心而閉合。如果在勵(lì)磁繞組中通入交變電流i=i0sinωt，當(dāng)交變電流i的瞬時(shí)值達(dá)到某一個(gè)幅值時(shí)，橫桿上的鐵心材料飽和，這時(shí)磁阻很大，而使磁路“斷開”，磁柵上的磁通就不能在磁頭鐵心中通過。反之，當(dāng)交變電流i的瞬時(shí)值小于某一數(shù)值時(shí)，橫桿上的鐵心材料不飽和，這時(shí)磁阻也降低得很小，磁路被“接通”，則磁柵上的剩磁通就可以在磁頭鐵心中通過。由此可見，勵(lì)磁線圈的作用相當(dāng)于磁開關(guān)。靜態(tài)磁頭的工作原理磁感應(yīng)強(qiáng)度決定于磁頭與磁柵的相對(duì)位置。隨著激勵(lì)交變電流的變化，可飽和鐵心這一磁路開關(guān)不斷地“通”和“斷”，進(jìn)入磁頭的剩磁通就時(shí)有時(shí)無。這樣，在磁頭鐵心的繞組N2中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，主要與磁頭在磁柵上所處的位置有關(guān)，而與磁頭和磁柵之間的相對(duì)速度關(guān)系不大。靜態(tài)磁頭的工作原理感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為勵(lì)磁電流頻率的兩倍勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過零，兩次出現(xiàn)峰值。只要電流幅值超過某一額定值，它產(chǎn)生的正向或反向磁場(chǎng)均可使磁頭的鐵心飽和，這樣，在它變化一個(gè)周期，鐵心飽和兩次，相應(yīng)的磁開關(guān)通斷兩次。磁路在由通到斷的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中的交鏈磁通量由Φ0變化到0；磁路在由斷到通的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中的交鏈磁通量由0變化到Φ0；Φ0由磁性標(biāo)尺中的磁信號(hào)決定，因此輸出線圈中輸出的是一個(gè)調(diào)幅信號(hào)。靜態(tài)磁頭的工作原理當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。由于剩磁形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度按正弦波變化，從而獲取調(diào)制波，輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E—輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Um—輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值；λ—磁尺剩余信號(hào)的波長（磁化信號(hào)節(jié)距）；s—磁頭對(duì)磁性標(biāo)尺的位移量；ω—輸出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，是激磁電流I的頻率的2倍。E和磁性標(biāo)尺與磁頭相對(duì)速度無關(guān)，而是由位移量S決定的靜態(tài)磁頭的工作原理

根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處理方式也不同。

動(dòng)態(tài)磁頭只有一組繞組，其輸出信號(hào)為正弦波，信號(hào)的處理方法也比較簡單，只要將輸出信號(hào)放大整形，然后由計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)n，就可以測(cè)量出位移量的大小。但這種方法測(cè)量精度較低，而且不能判別移動(dòng)方向。

靜態(tài)磁頭一般用兩個(gè)，雙磁頭是為了識(shí)別磁柵的移動(dòng)方向而設(shè)置的，二者之間間距為(n土1/4)，(其中n為正整數(shù),為磁信號(hào)節(jié)距)，也就是兩個(gè)磁頭布置成相位差90°關(guān)系，即兩者空間相位差90。

信號(hào)處理方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。鑒相法若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦激勵(lì)信號(hào)，則兩磁頭輸出信號(hào)變?yōu)椋簩蓚€(gè)輸出線圈差動(dòng)連接，則輸出電動(dòng)勢(shì)為上式表明：鑒相處理后，電動(dòng)勢(shì)E的幅值是常數(shù)，相位正比于位移量x，用電子線路判斷相位角，即可獲得位移量及位移的方向。它是利用輸出信號(hào)的相位大小反映磁頭的位移量或磁尺相對(duì)位置的信號(hào)處理方式錄制方便，成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時(shí)可抹去重錄。使用方便，可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵，因而可避免安裝誤差?？煞奖愕劁浿迫我夤?jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時(shí)希望基準(zhǔn)量中含有π因子，可在節(jié)距中考慮。磁柵位移傳感器有較高精度，目前可以作到系統(tǒng)精度達(dá)0.01mm/m。低于感應(yīng)同步器。分辨力為1～5m但磁信號(hào)的均勻性和穩(wěn)定性對(duì)磁柵式位移測(cè)量的精度影響較大。磁柵式傳感器特點(diǎn)：磁柵在磨床測(cè)長系統(tǒng)中的應(yīng)用2、磁柵式位移傳感器測(cè)量位移時(shí)，其輸出電動(dòng)勢(shì)為磁