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傳感器與檢測技術(shù)第十一講第一頁,共十七頁,2022年,8月28日磁柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理組成測量原理磁柵結(jié)構(gòu)、原理、對磁柵的要求磁頭結(jié)構(gòu)、原理、種類第二頁,共十七頁,2022年,8月28日磁柵式傳感器主要由磁柵、磁頭和檢測電路組成。

磁柵上錄有等間距的磁信號,它是利用磁帶錄音的原理將等節(jié)距的周期變化的電信號(正弦波或矩形波)用錄磁的方法記錄在磁性尺子或圓盤上而制成的。

組成:測量原理:

裝有磁柵傳感器的儀器或裝置工作時,磁頭相對于磁柵有一定的相對位置,在這個過程中,磁頭把磁柵上的磁信號讀出來,這樣就把被測位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號。

第三頁,共十七頁,2022年,8月28日(一)磁柵

磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示,磁柵基體1是用不導(dǎo)磁材料做成的,上面鍍一層均勻的磁性薄膜2,經(jīng)過錄磁,其磁信號排列情況如圖中所示,要求錄磁信號幅度均勻,幅度變化應(yīng)小于10%,節(jié)距均勻。目前長磁柵常用的磁信號節(jié)距一般為0.05mm和0.02mm兩種,圓磁柵的角節(jié)距一般為幾分至幾十分。第四頁,共十七頁,2022年,8月28日具體使用時對磁柵還有如下的要求:

磁柵的基尺(磁尺)要求不導(dǎo)磁,線膨脹系數(shù)應(yīng)與儀器或機(jī)床的相應(yīng)部分相近似。由于在基尺上要鍍一層磁性薄膜,所以要求基尺有良好的加工和電鍍性能。

為了使磁尺上錄的磁信號能長時期保存,并希望產(chǎn)生較大的輸出信號,要求磁性薄膜剩磁感應(yīng)要大,矯頑力要高,電鍍要均勻,目前常用Ni-Co-P合金。

對磁尺表面要求長磁柵平直度為(0.005~0.01)mm/m,圓磁柵的不圓度為0.005~0.01mm,表面粗糙度要小。

要求所錄磁信號幅度均勻,幅度變化小于10%,節(jié)距均勻,滿足一定精度要求。第五頁,共十七頁,2022年,8月28日幾種常見磁柵的結(jié)構(gòu)

第六頁,共十七頁,2022年,8月28日(二)磁頭磁柵上的磁信號由讀取磁頭讀出,按讀取

信號方式的不同,磁頭可分為靜態(tài)磁頭動態(tài)磁頭第七頁,共十七頁,2022年,8月28日動態(tài)磁頭動態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭,又稱速度響應(yīng)式磁頭

它只有一組線圈

1—磁頭;2—磁柵;3—輸出波形

動態(tài)磁頭的工作原理

靜止時就沒有信號輸出。因此它不適合用于長度測量

第八頁,共十七頁,2022年,8月28日靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭是調(diào)制式磁頭,又稱磁通響應(yīng)式磁頭。

它與動態(tài)磁頭的根本不同之處在于,在磁頭與磁柵之間沒有相對運動的情況下也有信號輸出。

靜態(tài)磁頭的工作原理

1—磁頭;2—磁柵;3—輸出波形

鐵心的磁阻很大,磁柵上的信號磁通不能通過磁頭,因而輸出繞組無感應(yīng)電勢輸出。只有當(dāng)激勵磁信號兩次過零時,鐵心不飽和,磁柵上的信號磁通才能通過輸出繞組的鐵心而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。

第九頁,共十七頁,2022年,8月28日

靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁通變化來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的。靜態(tài)磁頭輸出信號的頻率為勵磁電源頻率的兩倍,其幅值則與磁柵與磁頭之間的相對位移成正弦(或余弦)關(guān)系。

——幅值系數(shù);——磁頭與磁柵的相對位移;——磁柵的節(jié)距;——激勵磁信號的角頻率

第十頁,共十七頁,2022年,8月28日磁柵傳感器的數(shù)字測量原理:

根據(jù)磁柵和磁頭相對移動讀出磁柵上的信號的不同,所采用的信號處理方式也不同。

動態(tài)磁頭只有一組繞組,其輸出信號為正弦波,信號的處理方法也比較簡單,只要將輸出信號放大整形,然后由計數(shù)器記錄脈沖數(shù)n,就可以測量出位移量的大?。ǎ5@種方法測量精度較低,而且不能判別移動方向。

第十一頁,共十七頁,2022年,8月28日靜態(tài)磁頭一般用兩個磁頭,兩個磁頭間距為nW/4,其中n為正整數(shù),W為磁信號節(jié)距,也就是兩個磁頭布置成相位差90°關(guān)系。其信號處理方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。

第十二頁,共十七頁,2022年,8月28日鑒幅法

若兩磁頭的激勵磁繞組加上同相的正弦激勵磁信號,則兩磁頭的輸出信號為:

經(jīng)濾除高頻載波后,得到與位移量成比例的信號為:

第十三頁,共十七頁,2022年,8月28日鑒相法若兩磁頭的激勵磁繞組上施加相位差為/4的正弦激勵信號,或?qū)⑤敵鲂盘栆葡?2,則兩磁頭輸出信號變?yōu)椋簩蓚€磁頭的輸出用求和電路相加,則獲得總輸出為:結(jié)論:輸出信號的幅值不變,但相位與磁頭、磁柵相對位移量χ有關(guān)。

第十四頁,共十七頁,2022年,8月28日

磁柵傳感器的優(yōu)缺點及使用范圍與感應(yīng)同步器相似,其精度略低于感應(yīng)同步器。

磁柵傳感器的特點:

①錄制方便,成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時可抹去重錄;②使用方便,可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵,因而可避免安裝誤差;③可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時希望基準(zhǔn)量中含有π因子,可在節(jié)距中考慮。第十五頁,共十七頁,2022年,8月28日磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項:

影響零位誤差的主要因素有:①磁柵的節(jié)距誤差;②磁柵的安裝與變形誤差;③磁柵剩磁變化所引起的零位漂移;④外界電磁場干擾等。

影響細(xì)分誤差的主要因素有:①由于磁膜不均勻或錄磁過程不完善造成磁柵上信號幅度不相等;②兩個磁頭間距偏離1/4節(jié)距較遠(yuǎn)

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