磁柵位移傳感器

李 瑾

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，山西 晉中 030600）

0 引言

磁柵位移傳感器是一種采用電磁方法記錄磁波數(shù)目的位置檢測(cè)元件，可用于直線和轉(zhuǎn)角的測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是精度高、復(fù)制簡(jiǎn)單和安裝方便，在油污、粉塵較多的場(chǎng)合使用具有較好的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［1-3］分別從不同的方面對(duì)磁柵傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式進(jìn)行了分析。本文在此基礎(chǔ)上，著重分析磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。

1 磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

磁柵位移傳感器由磁尺、磁頭和檢測(cè)電路3部分組成。磁柵位移傳感器是用錄磁磁頭將相等節(jié)距（用λ表示）周期變化的磁信號(hào)錄到磁尺上做基準(zhǔn)尺，磁尺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。檢測(cè)時(shí)，用拾磁磁頭讀取記錄在磁尺上的磁信號(hào)，通過檢測(cè)電路將位移量用數(shù)字顯示出來或送至位置控制系統(tǒng)。磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置變化的磁化信號(hào)檢測(cè)出來，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給檢測(cè)裝置中的關(guān)鍵元件。磁頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它用軟磁材料制成，上面有兩組串聯(lián)的勵(lì)磁繞組和兩組串聯(lián)的拾磁繞組。在勵(lì)磁繞組中通以i＝sin（其中，I為勵(lì)磁電流幅值，ω為勵(lì)磁電流m頻率）的勵(lì)磁電流時(shí)，兩勵(lì)磁繞組產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的磁通，與磁尺作用于磁頭的磁通Φ0疊加在拾磁繞組上就感應(yīng)出頻率為勵(lì)磁電流頻率兩倍的調(diào)制信號(hào)輸出，其輸出電動(dòng)勢(shì)為：

其中：E m為電動(dòng)勢(shì)幅值；x為磁頭在磁性標(biāo)尺上的位移量。

2 磁柵信號(hào)處理方式

雙磁頭是為了識(shí)別磁柵的移動(dòng)方向而設(shè)置的，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。兩磁頭彼此相距（m±）λ（m為正整數(shù)，且（m±）λ≤磁尺總長(zhǎng)度），它們的輸出電動(dòng)勢(shì)分別是：

圖1 磁尺的結(jié)構(gòu)

圖2 磁頭的結(jié)構(gòu)

圖3 雙磁頭結(jié)構(gòu)

2.1 鑒相方式

將第一個(gè)磁頭的輸出信號(hào)移相90°，兩磁頭的輸出電動(dòng)勢(shì)變?yōu)椋?/p>

將兩路輸出相加，則獲得總輸出：

鑒相型磁柵傳感器的原理框圖如圖4所示。

圖4 鑒相型磁柵傳感器的原理框圖

2.2 鑒幅方式

磁頭的位移量或與磁尺的相對(duì)位置是用輸出信號(hào)的幅值大小來反映的。經(jīng)檢波器去掉高頻載波后可得：

鑒幅型磁柵傳感器的工作原理如圖5所示。

3 磁柵數(shù)顯裝置

磁柵數(shù)顯裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

國(guó)產(chǎn)磁柵數(shù)顯裝置的LSI芯片組成如下：

（1）磁頭放大器：其主要功能為兩輸入信號(hào)的放大；一個(gè)輸入信號(hào)移相90°；兩輸入信號(hào)求和放大；補(bǔ)償兩只磁頭特性所需的調(diào)整和來自數(shù)顯表供給兩只磁頭的勵(lì)磁信號(hào)。

（2）磁尺檢測(cè)專用集成芯片：其主要功能為提供磁頭的勵(lì)磁信號(hào)；對(duì)磁尺勵(lì)磁信號(hào)的低通濾波和功率放大；對(duì)放大器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大、限幅、整形；接收反饋信號(hào)對(duì)磁尺檢出信號(hào)進(jìn)行相位微調(diào)。

（3）磁尺細(xì)分專用集成芯片：其主要功能為對(duì)磁尺的節(jié)距實(shí)現(xiàn)電氣細(xì)分，從而獲得較高的分辨力。

（4）可逆計(jì)數(shù)芯片：該芯片帶有六位十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)／顯示驅(qū)動(dòng)器?？梢灾鹞挥肂CD碼置數(shù)，并有異步清零功能。

圖5 鑒幅型磁柵傳感器的工作原理框圖

圖6 磁柵數(shù)顯裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

由于磁柵價(jià)格低于光柵，且錄磁方便、易于安裝，測(cè)量范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

［1］司海立，程武山，孫鑫，等.磁柵位移傳感器在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2009（2）：37-39.

［2］郝雙暉，劉吉柱，宋寶玉，等.新型絕對(duì)式磁柵位移傳感器的設(shè)計(jì)［J］.高電壓技術(shù)，2009（9）：80-83.

［3］郝明輝，劉勇，郝雙暉，等.一種新穎的絕對(duì)式磁柵位移傳感器［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2008（4）：50-52.