李 瑾

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，山西 晉中 030600）

0 引言

磁柵位移傳感器是一種采用電磁方法記錄磁波數(shù)目的位置檢測元件，可用于直線和轉(zhuǎn)角的測量，其優(yōu)點(diǎn)是精度高、復(fù)制簡單和安裝方便，在油污、粉塵較多的場合使用具有較好的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［1-3］分別從不同的方面對磁柵傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式進(jìn)行了分析。本文在此基礎(chǔ)上，著重分析磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。

1 磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

磁柵位移傳感器由磁尺、磁頭和檢測電路3部分組成。磁柵位移傳感器是用錄磁磁頭將相等節(jié)距（用λ表示）周期變化的磁信號錄到磁尺上做基準(zhǔn)尺，磁尺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。檢測時(shí)，用拾磁磁頭讀取記錄在磁尺上的磁信號，通過檢測電路將位移量用數(shù)字顯示出來或送至位置控制系統(tǒng)。磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置變化的磁化信號檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號輸送給檢測裝置中的關(guān)鍵元件。磁頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它用軟磁材料制成，上面有兩組串聯(lián)的勵(lì)磁繞組和兩組串聯(lián)的拾磁繞組。在勵(lì)磁繞組中通以i＝sin（其中，I為勵(lì)磁電流幅值，ω為勵(lì)磁電流m頻率）的勵(lì)磁電流時(shí)，兩勵(lì)磁繞組產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的磁通，與磁尺作用于磁頭的磁通Φ0疊加在拾磁繞組上就感應(yīng)出頻率為勵(lì)磁電流頻率兩倍的調(diào)制信號輸出，其輸出電動勢為：

其中：E m為電動勢幅值；x為磁頭在磁性標(biāo)尺上的位移量。

2 磁柵信號處理方式

雙磁頭是為了識別磁柵的移動方向而設(shè)置的，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。兩磁頭彼此相距（m±）λ（m為正整數(shù)，且（m±）λ≤磁尺總長度），它們的輸出電動勢分別是：

圖1 磁尺的結(jié)構(gòu)

圖2 磁頭的結(jié)構(gòu)

圖3 雙磁頭結(jié)構(gòu)

2.1 鑒相方式

將第一個(gè)磁頭的輸出信號移相90°，兩磁頭的輸出電動勢變?yōu)椋?/p>

將兩路輸出相加，則獲得總輸出：

鑒相型磁柵傳感器的原理框圖如圖4所示。

圖4 鑒相型磁柵傳感器的原理框圖

2.2 鑒幅方式

磁頭的位移量或與磁尺的相對位置是用輸出信號的幅值大小來反映的。經(jīng)檢波器去掉高頻載波后可得：

鑒幅型磁柵傳感器的工作原理如圖5所示。

3 磁柵數(shù)顯裝置

磁柵數(shù)顯裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

國產(chǎn)磁柵數(shù)顯裝置的LSI芯片組成如下：

（1）磁頭放大器：其主要功能為兩輸入信號的放大；一個(gè)輸入信號移相90°；兩輸入信號求和放大；補(bǔ)償兩只磁頭特性所需的調(diào)整和來自數(shù)顯表供給兩只磁頭的勵(lì)磁信號。

（2）磁尺檢測專用集成芯片：其主要功能為提供磁頭的勵(lì)磁信號；對磁尺勵(lì)磁信號的低通濾波和功率放大；對放大器輸出信號進(jìn)行濾波放大、限幅、整形；接收反饋信號對磁尺檢出信號進(jìn)行相位微調(diào)。

（3）磁尺細(xì)分專用集成芯片：其主要功能為對磁尺的節(jié)距實(shí)現(xiàn)電氣細(xì)分，從而獲得較高的分辨力。

（4）可逆計(jì)數(shù)芯片：該芯片帶有六位十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)／顯示驅(qū)動器。可以逐位用BCD碼置數(shù)，并有異步清零功能。

圖5 鑒幅型磁柵傳感器的工作原理框圖

圖6 磁柵數(shù)顯裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

由于磁柵價(jià)格低于光柵，且錄磁方便、易于安裝，測量范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

［1］司海立，程武山，孫鑫，等.磁柵位移傳感器在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2009（2）：37-39.

［2］郝雙暉，劉吉柱，宋寶玉，等.新型絕對式磁柵位移傳感器的設(shè)計(jì)［J］.高電壓技術(shù)，2009（9）：80-83.

［3］郝明輝，劉勇，郝雙暉，等.一種新穎的絕對式磁柵位移傳感器［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2008（4）：50-52.