磁栅位移传感器

李 瑾

（晋中职业技术学院 机电系，山西 晋中 030600）

0 引言

磁栅位移传感器是一种采用电磁方法记录磁波数目的位置检测元件，可用于直线和转角的测量，其优点是精度高、复制简单和安装方便，在油污、粉尘较多的场合使用具有较好的稳定性。文献［1-3］分别从不同的方面对磁栅传感器结构、工作原理和工作方式进行了分析。本文在此基础上，着重分析磁栅位移传感器的结构和工作原理。

1 磁栅位移传感器的结构和工作原理

磁栅位移传感器由磁尺、磁头和检测电路3部分组成。磁栅位移传感器是用录磁磁头将相等节距（用λ表示）周期变化的磁信号录到磁尺上做基准尺，磁尺的结构如图1所示。检测时，用拾磁磁头读取记录在磁尺上的磁信号，通过检测电路将位移量用数字显示出来或送至位置控制系统。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置变化的磁化信号检测出来，转换成电信号输送给检测装置中的关键元件。磁头的结构如图2所示，它用软磁材料制成，上面有两组串联的励磁绕组和两组串联的拾磁绕组。在励磁绕组中通以i＝sin（其中，I为励磁电流幅值，ω为励磁电流m频率）的励磁电流时，两励磁绕组产生两个方向相反的磁通，与磁尺作用于磁头的磁通Φ0叠加在拾磁绕组上就感应出频率为励磁电流频率两倍的调制信号输出，其输出电动势为：

其中：E m为电动势幅值；x为磁头在磁性标尺上的位移量。

2 磁栅信号处理方式

双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结构如图3所示。两磁头彼此相距（m±）λ（m为正整数，且（m±）λ≤磁尺总长度），它们的输出电动势分别是：

图1 磁尺的结构

图2 磁头的结构

图3 双磁头结构

2.1 鉴相方式

将第一个磁头的输出信号移相90°，两磁头的输出电动势变为：

将两路输出相加，则获得总输出：

鉴相型磁栅传感器的原理框图如图4所示。

图4 鉴相型磁栅传感器的原理框图

2.2 鉴幅方式

磁头的位移量或与磁尺的相对位置是用输出信号的幅值大小来反映的。经检波器去掉高频载波后可得：

鉴幅型磁栅传感器的工作原理如图5所示。

3 磁栅数显装置

磁栅数显装置结构示意图如图6所示。

国产磁栅数显装置的LSI芯片组成如下：

（1）磁头放大器：其主要功能为两输入信号的放大；一个输入信号移相90°；两输入信号求和放大；补偿两只磁头特性所需的调整和来自数显表供给两只磁头的励磁信号。

（2）磁尺检测专用集成芯片：其主要功能为提供磁头的励磁信号；对磁尺励磁信号的低通滤波和功率放大；对放大器输出信号进行滤波放大、限幅、整形；接收反馈信号对磁尺检出信号进行相位微调。

（3）磁尺细分专用集成芯片：其主要功能为对磁尺的节距实现电气细分，从而获得较高的分辨力。

（4）可逆计数芯片：该芯片带有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，并有异步清零功能。

图5 鉴幅型磁栅传感器的工作原理框图

图6 磁栅数显装置的结构示意图

4 结论

由于磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽，抗干扰能力强，因此在实际中得到了广泛的应用。

［1］司海立，程武山，孙鑫，等.磁栅位移传感器在步进电机控制系统中的应用［J］.工业仪表与自动化装置，2009（2）：37-39.

［2］郝双晖，刘吉柱，宋宝玉，等.新型绝对式磁栅位移传感器的设计［J］.高电压技术，2009（9）：80-83.

［3］郝明辉，刘勇，郝双晖，等.一种新颖的绝对式磁栅位移传感器［J］.电机与控制学报，2008（4）：50-52.