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本文將介紹新型靜磁柵位移傳感器及應(yīng)用
2013-04-06
一 定義
1. 關(guān)于磁柵
磁柵是一種有磁化信息的標(biāo)尺．它是在非磁性體的平整表面上鍍一層約0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜，并用錄音磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定的激光波長(zhǎng)λ錄上磁性刻度線而構(gòu)成的，因此又把磁柵稱為磁尺。
錄制磁信息時(shí)，要使磁尺固定，磁頭根據(jù)來(lái)自激光波長(zhǎng)的基準(zhǔn)信號(hào)，以一定速度在其長(zhǎng)度方向兩邊運(yùn)行邊流過(guò)一定頻率的相等電流，這樣，就在磁尺上錄上了相等節(jié)距的磁化信息而形成磁柵。磁柵錄制后的磁化結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)個(gè)刀、磁鐵按NS、SN、NS……的狀態(tài)排列起來(lái)，如圖1(a)所示。因此在磁柵上的磁場(chǎng)強(qiáng)度呈周期性地變化，并在N-N或S-S相接處為最大。
磁柵的種類可分為單面型直線磁柵、同軸型直線磁柵和旋轉(zhuǎn)型磁柵等。磁柵主要作為位置或位移量的檢測(cè)元件。磁柵和其他類型的位移傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、動(dòng)態(tài)范圍大(1～20m)和磁信號(hào)可重新錄制等優(yōu)點(diǎn)。
2. 靜磁柵位移傳感器
靜磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。它由磁尺(磁柵)、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁尺是檢測(cè)位移的基準(zhǔn)尺，磁頭用來(lái)讀取磁尺上的記錄信號(hào)。
靜態(tài)磁頭是一種調(diào)制式磁頭，磁頭上有兩個(gè)繞組，一個(gè)是激勵(lì)繞組，加以激勵(lì)電源電壓；另一個(gè)是輸出繞組。即使在磁頭與磁尺之間處于相對(duì)靜止時(shí)，也會(huì)因?yàn)橛薪蛔兗?lì)信號(hào)使輸出繞組有感應(yīng)電壓信號(hào)輸出。當(dāng)靜態(tài)磁頭和磁尺之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出繞組產(chǎn)生一個(gè)新的感應(yīng)電壓信號(hào)輸出，它作為包絡(luò)，調(diào)制在原感應(yīng)電壓信號(hào)頻率上。這提高了測(cè)量精確度，稱靜態(tài)磁頭的位移傳感器為靜磁柵位移傳感器。
檢測(cè)電路主要用來(lái)供給磁頭激勵(lì)電壓和把磁頭檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸出。當(dāng)磁尺與磁頭之間產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，磁頭的鐵心使磁尺的磁通有效地通過(guò)輸出繞組，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓隨磁尺磁場(chǎng)強(qiáng)度周期的變化而變化，從而將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。圖1(c)是磁信號(hào)與靜態(tài)磁頭輸出信號(hào)波形圖。磁頭輸出信號(hào)經(jīng)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。圖1(d)為靜磁柵位移傳感器應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。其磁頭可用霍爾元件取代。
靜磁柵位移傳感器允許最高工作速度為12m/min，系統(tǒng)精確度可達(dá)0.01mm/m，最小指示值0.001mm，使用范圍為0～40℃，是一種測(cè)量大位移的傳感器。
3. 絕對(duì)編碼器
光電式編碼器是一種絕對(duì)位置編碼器，即幾位編碼器其碼盤上就有幾位碼道，編碼器在轉(zhuǎn)軸的任何位置都可輸出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。它與增量編碼器不同，它們的編碼帶排列可使計(jì)讀系統(tǒng)直接給出與每個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)，見(jiàn)圖2所示。每個(gè)編碼帶對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出位，最里面的編碼帶對(duì)應(yīng)于最高有效位。這類編碼器最常用的傳感器是光電式傳感器，其性能大大領(lǐng)先于接觸式傳感器。集成光電傳感器陣列簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
絕對(duì)編碼器對(duì)中斷和電磁干擾具有固有的抗擾性。它們不會(huì)累積差錯(cuò)。由此形成的反饋系統(tǒng)在啟動(dòng)、斷電或程序執(zhí)行期間都不需要自動(dòng)引導(dǎo)步驟。
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