传感器与检测技术第十一讲1.ppt

1、磁栅数字式传感器,磁栅的结构和工作原理 磁栅传感器的数字测量原理 磁栅传感器的应用,磁栅传感器的结构和工作原理,组成 测量原理 磁栅结构、原理、对磁栅的要求 磁头结构、原理、种类,磁栅式传感器主要由磁栅、磁头和检测电路组成。,磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的电信号(正弦波或矩形波)用录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上而制成的。,组成：,测量原理:,装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移转换成电信号。,（一）磁栅,磁栅结构如图所示，磁栅基体1是用不导磁材料做成的，上面镀一

2、层均匀的磁性薄膜2，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于10，节距均匀。目前长磁栅常用的磁信号节距一般为0.05mm和0.02mm两种，圆磁栅的角节距一般为几分至几十分。,具体使用时对磁栅还有如下的要求：,磁栅的基尺（磁尺）要求不导磁，线膨胀系数应与仪器或机床的相应部分相近似。由于在基尺上要镀一层磁性薄膜，所以要求基尺有良好的加工和电镀性能。 为了使磁尺上录的磁信号能长时期保存，并希望产生较大的输出信号，要求磁性薄膜剩磁感应要大，矫顽力要高，电镀要均匀，目前常用Ni-Co-P合金。 对磁尺表面要求长磁栅平直度为（0.0050.01）mm/m，圆磁栅的不圆度

3、为0.0050.01mm，表面粗糙度要小。 要求所录磁信号幅度均匀，幅度变化小于10%，节距均匀，满足一定精度要求。,几种常见磁栅的结构,（二）磁头,磁栅上的磁信号由读取磁头读出，按读取 信号方式的不同，磁头可分为,静态磁头,动态磁头,动态磁头,动态磁头为非调制式磁头，又称速度响应式磁头,它只有一组线圈,1磁头；2磁栅；3输出波形,动态磁头的工作原理,静止时就没有信号输出。因此它不适合用于长度测量,静态磁头,静态磁头是调制式磁头，又称磁通响应式磁头。,它与动态磁头的根本不同之处在于，在磁头与磁栅之间没有相对运动的情况下也有信号输出。,静态磁头的工作原理,1磁头；2磁栅；3输出波形,铁心的磁阻很

4、大，磁栅上的信号磁通不能通过磁头，因而输出绕组无感应电势输出。只有当激励磁信号两次过零时，铁心不饱和，磁栅上的信号磁通才能通过输出绕组的铁心而产生感应电势。,静态磁头的磁栅是利用它的漏磁通变化来产生感应电动势的。静态磁头输出信号的频率为励磁电源频率的两倍，其幅值则与磁栅与磁头之间的相对位移成正弦（或余弦）关系。, 幅值系数； 磁头与磁栅的相对位移； 磁栅的节距； 激励磁信号的角频率,磁栅传感器的数字测量原理：,根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的不同，所采用的信号处理方式也不同。,动态磁头只有一组绕组，其输出信号为正弦波，信号的处理方法也比较简单，只要将输出信号放大整形，然后由计数器记录脉

5、冲数n，就可以测量出位移量的大小（ ）。但这种方法测量精度较低，而且不能判别移动方向。,静态磁头一般用两个磁头，两个磁头间距为nW/4，其中n为正整数，W为磁信号节距，也就是两个磁头布置成相位差90关系。其信号处理方式可分为鉴幅方式和鉴相方式两种。,鉴幅法,若两磁头的激励磁绕组加上同相的正弦激励磁信号，则两磁头的输出信号为：,经滤除高频载波后，得到与位移量 成比例的信号为：,鉴相法,若两磁头的激励磁绕组上施加相位差为/4的正弦激励信号，或将输出信号移相/2，则两磁头输出信号变为：,将两个磁头的输出用求和电路相加，则获得总输出为：,结论：输出信号的幅值不变，但相位与磁头、磁栅相对位移量有关。,磁栅传感器的优缺点及使用范围与感应同步器相似，其精度略低于感应同步器。,磁栅传感器的特点： 录制方便，成本低廉。当发现所录磁栅不合适时可抹去重录； 使用方便，可在仪器或机床上安装后再录制磁栅，因而可避免安装误差； 可方便地录制任意节距的磁栅。例如检查蜗杆时希望基准量中含有因子，可在节距中考虑。,磁栅传感器的误差也包括零位误差与细分误差两项： 影响零位误差的主要因素有：磁栅的节距误差；磁栅的安装与变形误差；磁栅剩磁变化所引起的零位漂移；外界电磁场干扰等。 影响细分误差的主要因素有：由于磁膜不均匀或录磁过程不完善造成磁栅上信号