本文将介绍新型静磁栅位移传感器及应用
2013-04-06
一 定义
1. 关于磁栅
磁栅是一种有磁化信息的标尺．它是在非磁性体的平整表面上镀一层约0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜，并用录音磁头沿长度方向按一定的激光波长λ录上磁性刻度线而构成的，因此又把磁栅称为磁尺。
录制磁信息时，要使磁尺固定，磁头根据来自激光波长的基准信号，以一定速度在其长度方向两边运行边流过一定频率的相等电流，这样，就在磁尺上录上了相等节距的磁化信息而形成磁栅。磁栅录制后的磁化结构相当于一个个刀、磁铁按NS、SN、NS……的状态排列起来，如图1(a)所示。因此在磁栅上的磁场强度呈周期性地变化，并在N-N或S-S相接处为最大。
磁栅的种类可分为单面型直线磁栅、同轴型直线磁栅和旋转型磁栅等。磁栅主要作为位置或位移量的检测元件。磁栅和其他类型的位移传感器相比，具有结构简单、使用方便、动态范围大(1～20m)和磁信号可重新录制等优点。
2. 静磁栅位移传感器
静磁栅位移传感器的结构如图1(b)所示。它由磁尺(磁栅)、磁头和检测电路组成。磁尺是检测位移的基准尺，磁头用来读取磁尺上的记录信号。
静态磁头是一种调制式磁头，磁头上有两个绕组，一个是激励绕组，加以激励电源电压；另一个是输出绕组。即使在磁头与磁尺之间处于相对静止时，也会因为有交变激励信号使输出绕组有感应电压信号输出。当静态磁头和磁尺之间有相对运动时，输出绕组产生一个新的感应电压信号输出，它作为包络，调制在原感应电压信号频率上。这提高了测量精确度，称静态磁头的位移传感器为静磁栅位移传感器。
检测电路主要用来供给磁头激励电压和把磁头检测到的信号转换为脉冲信号输出。当磁尺与磁头之间产生相对位移时，磁头的铁心使磁尺的磁通有效地通过输出绕组，在绕组中产生感应电压，该电压随磁尺磁场强度周期的变化而变化，从而将位移量转换成电信号输出。图1(c)是磁信号与静态磁头输出信号波形图。磁头输出信号经检测电路转换成电脉冲信号并以数字形式显示出来。图1(d)为静磁栅位移传感器应用结构示意图。其磁头可用霍尔元件取代。
静磁栅位移传感器允许最高工作速度为12m/min，系统精确度可达0.01mm/m，最小指示值0.001mm，使用范围为0～40℃，是一种测量大位移的传感器。
3. 绝对编码器
光电式编码器是一种绝对位置编码器，即几位编码器其码盘上就有几位码道，编码器在转轴的任何位置都可输出一个固定的与位置相对应的数字码。它与增量编码器不同，它们的编码带排列可使计读系统直接给出与每个位置相对应的编码数，见图2所示。每个编码带对应于一个输出位，最里面的编码带对应于最高有效位。这类编码器最常用的传感器是光电式传感器，其性能大大领先于接触式传感器。集成光电传感器阵列简化了系统的设计。
绝对编码器对中断和电磁干扰具有固有的抗扰性。它们不会累积差错。由此形成的反馈系统在启动、断电或程序执行期间都不需要自动引导步骤。
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