本文將介紹新型靜磁柵位移傳感器及應用
2013-04-06
一 定義
1. 關于磁柵
磁柵是一種有磁化信息的標尺．它是在非磁性體的平整表面上鍍一層約0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜，并用錄音磁頭沿長度方向按一定的激光波長λ錄上磁性刻度線而構成的，因此又把磁柵稱為磁尺。
錄制磁信息時，要使磁尺固定，磁頭根據來自激光波長的基準信號，以一定速度在其長度方向兩邊運行邊流過一定頻率的相等電流，這樣，就在磁尺上錄上了相等節距的磁化信息而形成磁柵。磁柵錄制后的磁化結構相當于一個個刀、磁鐵按NS、SN、NS……的狀態排列起來，如圖1(a)所示。因此在磁柵上的磁場強度呈周期性地變化，并在N-N或S-S相接處為最大。
磁柵的種類可分為單面型直線磁柵、同軸型直線磁柵和旋轉型磁柵等。磁柵主要作為位置或位移量的檢測元件。磁柵和其他類型的位移傳感器相比，具有結構簡單、使用方便、動態范圍大(1～20m)和磁信號可重新錄制等優點。
2. 靜磁柵位移傳感器
靜磁柵位移傳感器的結構如圖1(b)所示。它由磁尺(磁柵)、磁頭和檢測電路組成。磁尺是檢測位移的基準尺，磁頭用來讀取磁尺上的記錄信號。
靜態磁頭是一種調制式磁頭，磁頭上有兩個繞組，一個是激勵繞組，加以激勵電源電壓；另一個是輸出繞組。即使在磁頭與磁尺之間處于相對靜止時，也會因為有交變激勵信號使輸出繞組有感應電壓信號輸出。當靜態磁頭和磁尺之間有相對運動時，輸出繞組產生一個新的感應電壓信號輸出，它作為包絡，調制在原感應電壓信號頻率上。這提高了測量精確度，稱靜態磁頭的位移傳感器為靜磁柵位移傳感器。
檢測電路主要用來供給磁頭激勵電壓和把磁頭檢測到的信號轉換為脈沖信號輸出。當磁尺與磁頭之間產生相對位移時，磁頭的鐵心使磁尺的磁通有效地通過輸出繞組，在繞組中產生感應電壓，該電壓隨磁尺磁場強度周期的變化而變化，從而將位移量轉換成電信號輸出。圖1(c)是磁信號與靜態磁頭輸出信號波形圖。磁頭輸出信號經檢測電路轉換成電脈沖信號并以數字形式顯示出來。圖1(d)為靜磁柵位移傳感器應用結構示意圖。其磁頭可用霍爾元件取代。
靜磁柵位移傳感器允許最高工作速度為12m/min，系統精確度可達0.01mm/m，最小指示值0.001mm，使用范圍為0～40℃，是一種測量大位移的傳感器。
3. 絕對編碼器
光電式編碼器是一種絕對位置編碼器，即幾位編碼器其碼盤上就有幾位碼道，編碼器在轉軸的任何位置都可輸出一個固定的與位置相對應的數字碼。它與增量編碼器不同，它們的編碼帶排列可使計讀系統直接給出與每個位置相對應的編碼數，見圖2所示。每個編碼帶對應于一個輸出位，最里面的編碼帶對應于最高有效位。這類編碼器最常用的傳感器是光電式傳感器，其性能大大領先于接觸式傳感器。集成光電傳感器陣列簡化了系統的設計。
絕對編碼器對中斷和電磁干擾具有固有的抗擾性。它們不會累積差錯。由此形成的反饋系統在啟動、斷電或程序執行期間都不需要自動引導步驟。
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