磁栅传感器课件.ppt

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1、磁栅传感器8/31/20211本次课主要内容磁栅传感器结构磁栅传感器原理输出信号处理应用8/31/20212磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装和调整，测量范围宽（从几十毫米到数十米），抗干扰能力强。一般应用在大型机床的数字检测，自动化机床的自动控制及定位控制等。8/31/20213磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。8/31/20214磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔8/31/20215结构：磁栅、磁头、信号处理电路磁栅（又称磁尺）也是一种电磁监测装置。尺基用

2、满足一定要求的硬磁合金制成，或者用热胀系数小的非导磁材料。利用磁记录原理，将一定波长(w)的矩形波或正弦波信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量基准。8/31/20216节距（W）：磁信号波长在N-N，S-S重叠部分磁感应强度最强，极性相反，从N到S磁感应强度呈正弦波变化。常用的磁信号节距为0.05mm和0.20mm。分为尺形、带形、同轴形三种，一般用尺形。8/31/20217磁头分为静态、动态两种动态磁头（速度响应式）：只有一个绕组，当磁头沿磁尺作相对运动时才有信号输出，输出为正弦波，在N-N重叠处输出正信号最强，在

3、S-S重叠处负信号最强。不适用于时走时停，速度不均匀场合8/31/20218静态磁头（磁通响应式）：在磁栅与磁头间没有相对运动也有信号输出。分为两个绕组：励磁绕组、输出绕组。为保证距离准确性，两个磁头做成一体。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化，输出感应电动势。8/31/20219上图所示为磁尺的磁化波形，在N与N、S与S重叠部分磁感应强度最大，但两者的极性相反，从N到S磁感应强度呈正弦波变化。静态磁头的结构及其磁化波形8/31/202110工作原理（静态）励磁绕组起磁路开关作用当励磁绕组N1不通电流时，磁路处于不

4、饱和状态，磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。如果在绕组中通入交变电流，当交变电流达到某一个幅值时，铁心饱和而使磁路“断开”，磁栅上的磁通就不能在磁头铁心中通过。反之，当交变电流小于额定值时，可饱和铁心不饱和，磁路被“接通”，则磁栅上的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。8/31/202111工作原理（静态）磁感应强度决定于磁头与磁栅的相对位置。随着激励交变电流的变化，可饱和铁心这一磁路开关不断地“通”和“断”，进入磁头的剩磁通就时有时无。这样，在磁头铁心的绕组N2中就产生感应电势，主要与磁头在磁栅上所处的位置有关，而与磁头和磁栅

5、之间的相对速度关系不大。8/31/202112感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍不管激励电流在正半周或负半周，只要电流幅值超过某一额定值，它产生的正向或反向磁场均可使磁头的铁心饱和，这样，在它变化一个周期，铁心饱和两次，磁头输出绕组中输出电压信号为非正弦周期函数，8/31/202113多间隙磁头具有平均效应作用为了增大输出，实际使用时采用多间隙磁头，因为它的输出是许多间隙所取得的信号的平均值，因而可以提高精度。8/31/202114磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示8/31/202115励磁电压感应电动势x--磁头相对于

6、磁尺的位移信号处理方式8/31/202116为了辨别磁头运动的方向，采用两只磁头（sin、cos磁头）来检取信号。它们相互距离为(m±¼)W,m为整数。当两只磁头加以同一励磁电流时，输出信号为上式反映了磁头与磁栅节距间的周期关系8/31/202117信号处理方式：鉴相型、鉴幅型输出感应电动势1.鉴相型把e1经电子线路移相90度后，得8/31/202118将它与e2相加得：上式表明：鉴相处理后，电动势e的幅值是常数，其载波相位正比与位移量x，用电子线路判断相位角，即可获得位移量及位移的方向。8/31/2021191）位移大小

7、：将信号经带通滤波，整形，鉴相细分电路后产生脉冲信号，由可逆计数器计数，显示器显示相应的位移量。2）方向：当位移为正向时，相位θx为正值，当位移为反向时，相位θx为负值。θx的变化范围为0～2π。每改变一个W，θx就变化一个机械周期8/31/2021202.鉴幅型：利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位移量或与磁尺的相对位置的信号处理方式。把输出感应电动势经检波器去掉高频载波后得：输出信号与光栅传感器的输出信号类似处理8/31/2021211.鉴相型磁栅数显表的原理框图磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。设置两个

8、磁头的意义何在？8/31/202122磁头、磁尺与专用的磁栅数显表配合，可用来检测机械位移量。2.微机磁栅数显表的原理框图8/31/2021231）磁栅的信号检出电路它由磁头的输入（励磁）电路和磁头的输出电路构成。磁头的输入电路包括8MHz晶体振荡器、分频器、低通滤波器和功率放大器四部分构成。磁头的输出