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1、10.2 磁栅式传感器,磁栅优点：价格低于光栅、制作简单、复制方便；测量范围宽（从几十毫米到数十米）、不需接长；易安装和调整、抗干扰能力强。,10.2 磁栅式传感器磁栅优点：,大尺寸磁栅尺外形图,大尺寸磁栅尺外形图,一、磁栅的组成及类型,1磁栅的组成,磁栅传感器是由磁栅（磁尺）、磁头、检测电路组成。,l磁尺；2尺基；3磁性薄膜；4铁心；5磁头,一、磁栅的组成及类型 1磁栅的组成 磁栅传感,磁栅的外形及结构图,磁栅的外形及结构图磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔,2磁栅的类型,长磁栅,圆磁栅,（测量直线位移）,（测量角位移）,尺形,带形,同轴形,2磁栅的类型长磁栅圆磁栅（测量直线位移）（测量角位移
2、）尺形,1磁头 2磁栅 3屏蔽罩 4基座 5软垫,1磁头 2磁栅 3屏蔽罩 4基座 5,磁尺,磁栅外观图,磁头,磁尺磁栅外观图磁头,德国SIKO 磁栅尺,德国SIKO 磁栅尺,磁头与磁尺相对运动时的输出波形,二、磁栅传感器的工作原理,1基本工作原理,磁栅传感器工作原理动画演示,磁头与磁尺相对运动时的输出波形二、磁栅传感器的工作原理 1,磁栅传感器由磁栅（简称磁尺）、磁头和检测电路组成。磁尺是用非导磁性材料做尺基，在尺基的上面镀一层均匀的磁性薄膜，然后录上一定波长的磁信号而制成的。磁信号的波长（周期）又称节距，用W表示。磁信号的极性是首尾相接，在N、N重叠处为正的最强，在S、S重叠处为负的最强。
3、磁尺的断面和磁化图形如图所示。,1基本工作原理,磁栅传感器由磁栅（简称磁尺）、磁头和检测电路组成。磁,图5-4-1 磁栅传感器示意图,图5-4-1 磁栅传感器示意图,这里以静态磁头为例，简要说明磁栅传感器的工作原理。静态磁头的结构如上图所示，它有两组绕组N1和N2。其中，N1为励磁绕组，N2为感应输出绕组。在励磁绕组中通入交变的励磁电流，一般频率为5 kHz或25 kHz，幅值约为200 mA。励磁电流使磁芯的可饱和部分（截面较小）在每周期内发生两次磁饱和。磁饱和时磁芯的磁阻很大，磁栅上的漏磁通不能通过铁芯，输出绕组不产生感应电动势。只有在励磁电流每周两次过零时，可饱和磁芯才能导磁，磁栅上的漏
4、磁通使输出绕组产生感应电动势e。可见感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍，而e的包络线反映了磁头与磁尺的位置关系，其幅值与磁栅到磁芯漏磁通的大小成正比。,这里以静态磁头为例，简要说明磁栅传感器的工作原理。静态,式中：Em感应电势的幅值 W磁栅信号的节距 x机械位移量,磁头输出的电势信号经检波，保留其基波成分，可用下式表示：,式中：Em感应电势的幅值 磁头输出的电势,2信号处理方式,当两只磁头励磁线圈加上同一励磁电流时，两磁头输出绕组的输出信号为：,式中：机械位移相角，,2信号处理方式 当两只磁头励磁线圈加上同,图5-4-3双磁头结构,双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结构如图5-4-3
5、所示。两磁头按(m14)配置（m为正整数），它们的输出电压分别是,图5-4-3双磁头结构 双磁头是为了识别磁,为增大输出，实际使用时常采用多间隙磁头。多间隙磁头的输出是许多个间隙磁头所取得信号的平均值，有平均效应作用，因而可提高测量精度。,图5-4-4双磁头结构,为增大输出，实际使用时常采用多间隙磁头。多间隙磁头的,将第二个磁头的电压读出信号移相900，两磁头的输出信号则变为：,将两路输出相加，则获得总输出：,（1）鉴相方式,将第二个磁头的电压读出信号移相900,磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。,设置两个磁头的意义何在？,磁尺与磁头接触，使用寿命设置两个磁头的,利用输出信号的幅
6、值大小来反映磁头的位移量或与磁尺的相对位置的信号处理方式。经检波器去掉高频载波后可得：,（2）鉴幅方式,与光栅的信号辨向、细分一致。,利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位,鉴幅型磁栅传感器的原理框图,鉴幅型磁栅传感器的原理框图,磁栅数显装置的结构示意图1磁性标尺 2磁头 3固定块 4尺体安装孔 5泡沫垫 6滑板安装孔 7磁头连接板 8滑板,三、磁栅数显装置,磁栅数显装置的结构示意图三、磁栅数显装置,国产磁栅数显装置的LSI芯片组成：,1磁头放大器（SF023）,2磁尺检测专用集成芯片（SF6114）,主要功能：两输入信号的放大；通道B信号移相 900；通道A和通道B信号求和放大；补 偿两只磁头
7、特性所需的调整和来自数显 表供给两只磁头的励磁信号。,主要功能：对磁尺励磁信号的低通滤波和功率放大；供给磁头的励磁信号；对放大器输出信号 经滤波后进行放大、限幅、整形为矩形 波；接受反馈信号对磁尺检出信号进行相 位微调。,国产磁栅数显装置的LSI芯片组成：1磁头放大器（SF02,4可逆计数芯片（WK50395）,3磁尺细分专用集成芯片（SIM011）,主要功能：对磁尺的节距W200m实现200或40 或20等分的电气细分，从而获得1、5、10m的分辨力（最小显示值）。,该芯片带有比较寄存器和锁存器的P沟道MOS六位十进制同步可逆计数/显示驱动器。可以逐位用BCD码置数，及有异步清零功能。,4可
8、逆计数芯片（WK50395）3磁尺细分专用集成芯片（,1磁栅测量系统,压板,磁头,磁尺,四、磁栅式传感器的应用,数显,1磁栅测量系统压板磁头磁尺四、磁栅式传感器的应用 数显,磁栅在磨床测长系统中的应用,磁尺,2应用实例,磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺2应用实例,54 感应同步器,圆感应同步器与角度数显表外形图（参考航天数显中心）,54 感应同步器圆感应同步器与角度数显表外形图,优点：具有精度高、抗干扰能力强、工作可靠、对工作环境要求低、维护方便、寿命长、制造工艺简单。,用途：可用来测量直线或转角位移。,分类：测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。,优点：具有精度高、抗干扰
9、能力强、工作可靠、对工作环境要求低、,一、感应同步器的结构和类型,圆盘式感应同步器示意图,直线式感应同步器示意图,1结构,一、感应同步器的结构和类型 圆盘式感应同步器示意图直线式感应,定尺与滑尺绕组关系图,定尺与滑尺绕组关系图,感应同步器的解剖图,感应同步器的解剖图,2类型,直线式,旋转式（圆盘式）,带型,标准型,窄型,2类型直线式旋转式（圆盘式）带型 标准型窄型,直线式感应同步器的尺寸和精度一览表,直线式感应同步器的尺寸和精度一览表 种 类定尺尺寸滑尺尺寸,带型感应同步器外形图（参考东方仿真）,带型感应同步器外形图（参考东方仿真）,二、感应同步器的工作原理,感应同步器原理动画演示,二、感应同
10、步器的工作原理感应同步器原理动画演示,在定尺绕组上加上激励电流，于是滑尺绕组中便产生感应电势，其值为,设感应线圈 A的中心从励磁线圈中心右移的距离为x，则感应电动势为,上式中：Em=K0Um,K主要与两绕组的相对位置等因素有关,在定尺绕组上加上激励电流，于是滑尺绕组中便,如图滑尺绕组有两组，相差1/4个周期，则有,如图滑尺绕组有两组，相差1/4个周期，则有,从励磁形式来说一般可分为二大类：一类是以滑尺(或转子)励磁，由定尺(或定子)取感应电动势，另一类则相反。依信号处理方式而言，一般可分为鉴相型、鉴幅型和脉冲调宽型三种，而脉冲调宽型本质上也是一种鉴幅。,从励磁形式来说一般可分为二大类：,1鉴相
11、方式,在滑尺的正弦、余弦绕组上供给幅值和频率相同、相位差900的励磁电压us和uc，两个励磁绕组在定尺绕组上感应电势分别为：,定尺上的总感应电势为：,1鉴相方式 在滑尺的正弦、余弦绕组上供给幅值,2鉴幅方式,在滑尺的正弦、余弦绕组上供以同频、反相，但幅值不等的交流励磁电压us和uc，即：,两个励磁绕组在定尺上感应电势分别为：,2鉴幅方式 在滑尺的正弦、余弦绕组上供以同,定尺上的总感应电势为：,式中：,感应同步器数显表,定尺上的总感应电势为：式中：感应同步器数显表,鉴幅型滑尺励磁定位控制原理框图,三、感应同步器的应用,1定位控制系统,鉴幅型滑尺励磁定位控制原理框图 三、感应同步器的应用 1定,鉴相型滑尺励磁随动控制原理框图,2随动控制系统,鉴相型滑尺励磁随动控制原理框图 2随动控制系统,轮廓仪外形图,参考威而信精密仪器有限公司,轮廓仪外形图参考威而信精密仪器有限公司,
