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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，并用錄音磁頭沿長度方向按一定的激光波長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，要使磁尺固定，磁頭根據(jù)來自激光波長的基準(zhǔn)信號，以一定速度在其長度方向兩邊運行邊流過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)于一個個刀、磁鐵按NS、SN、NS……的狀態(tài)排列起來，如圖1(a)所示。因此在磁柵上的磁場強(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元件。磁柵和其他類型的位移傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、動態(tài)范圍大(1～20m)和磁信號可重新錄制等優(yōu)點。
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)、磁頭和檢測電路組成。磁尺是檢測位移的基準(zhǔn)尺，磁頭用來讀取磁尺上的記錄信號。
靜態(tài)磁頭是一種調(diào)制式磁頭，磁頭上有兩個繞組，一個是激勵繞組，加以激勵電源電壓；另一個是輸出繞組。即使在磁頭與磁尺之間處于相對靜止時，也會因為有交變激勵信號使輸出繞組有感應(yīng)電壓信號輸出。當(dāng)靜態(tài)磁頭和磁尺之間有相對運動時，輸出繞組產(chǎn)生一個新的感應(yīng)電壓信號輸出，它作為包絡(luò)，調(diào)制在原感應(yīng)電壓信號頻率上。這提高了測量精確度，稱靜態(tài)磁頭的位移傳感器為靜磁柵位移傳感器。
檢測電路主要用來供給磁頭激勵電壓和把磁頭檢測到的信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸出。當(dāng)磁尺與磁頭之間產(chǎn)生相對位移時，磁頭的鐵心使磁尺的磁通有效地通過輸出繞組，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓隨磁尺磁場強(qiáng)度周期的變化而變化，從而將位移量轉(zhuǎn)換成電信號輸出。圖1(c)是磁信號與靜態(tài)磁頭輸出信號波形圖。磁頭輸出信號經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換成電脈沖信號并以數(shù)字形式顯示出來。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℃，是一種測量大位移的傳感器。
3. 絕對編碼器
光電式編碼器是一種絕對位置編碼器，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固定的與位置相對應(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讀系統(tǒng)直接給出與每個位置相對應(yīng)的編碼數(shù)，見圖2所示。每個編碼帶對應(yīng)于一個輸出位，最里面的編碼帶對應(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化了系統(tǒng)的設(shè)計。
絕對編碼器對中斷和電磁干擾具有固有的抗擾性。它們不會累積差錯。由此形成的反饋系統(tǒng)在啟動、斷電或程序執(zhí)行期間都不需要自動引導(dǎo)步驟。
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