傳感器與檢測技術(shù)第十一講

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)