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磁栅式传感器主讲人：赵娟娟

磁栅的组成及类型学习内容磁栅式传感器的工作原理磁栅数显装置的应用

磁栅式传感器磁栅与其他类型的检测元件相比，磁栅式传感器具有制作简单、复制方便、易于安装和调整、测量范围宽、不需要接长、抗干扰能力强等一系列优点。优点：

磁栅式传感器在大型机床的数字检测、自动化机床的自动控制及轧压机的定位控制等方面得到了广泛应用。而且磁栅的价格低于光栅。应用：

磁栅的组成及类型磁栅的组成磁栅传感器是由磁尺、磁头、检测电路组成。l－磁尺；2－尺基；3－磁性薄膜；4－铁心；5－磁头磁信号的波长又称节距，用W表示。常用的磁信号节距为：0.05mm和0.20mm。在N极与N极，S极与S极重叠部分磁感应强度最强，但两者极性相反，从N极到S极磁感应强度呈正弦波变化。

磁栅的磁头分为：动态磁头静态磁头

只有一个绕组，当磁头沿磁尺作相对运动时才有信号输出，输出为正弦波，在N-N重叠处输出正信号最强，在S-S重叠处负信号最强。但不适用于时走时停，速度不均匀场合。动态磁头（速度响应式）：静态磁头（磁通响应式）：有两个绕组分别是励磁绕组和输出绕组。为保证距离准确性，两个磁头做成一体。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化，输出感应电动势。在磁头与磁栅间没有相对运动时，也有信号输出。磁栅的组成及类型

磁栅长磁栅（测量直线位移）圆磁栅（测量角位移）

1－磁头2－磁栅3－屏蔽罩4－基座5－软垫磁栅的组成及类型

磁栅式传感器的工作原理

磁栅式传感器的工作原理静态磁头有两组绕组N1和N2。其中，N1为励磁绕组，N2为感应输出绕组。静态磁头的结构及其磁化波形如果铁芯空隙中同时受到磁栅剩余磁通的影响，那么由于磁栅剩余磁通极性的变化，N2中产生的电势振幅就受到调制。实际上，静态磁头中的N1绕组起到磁路开关的作用。

磁栅式传感器的工作原理静态磁头的结构及其磁化波形当励磁绕组N1中不通电流时，磁路处于不饱和状态，磁栅上的磁力线通过磁头铁芯而闭合。磁路中的磁感应强度取决于磁头与磁栅的相对位置。

磁栅式传感器的工作原理静态磁头的结构及其磁化波形当交变电流达到某一额定值时，铁芯饱和而使磁路断开，磁栅上的剩磁通就不能在磁头铁芯中通过。当交变电流小于额定值时，可饱和铁芯不饱和，磁路被接通，则磁栅上的剩磁通就可以在磁头铁芯中通过。

磁栅式传感器的工作原理静态磁头的结构及其磁化波形在磁头铁芯的绕组N2中就产生感应电动势，它主要与磁头在磁栅上所处的位置有关，而与磁头和磁栅之间的相对速度关系不大。

磁栅式传感器的工作原理式中：Em－感应电势的幅值；W－磁栅信号的节距；x－机械位移量由于在励磁交变电流变化中，不管它在正半周或负半周，只要电流幅值超过某一额定值，它产生的正向或反向磁场均可使磁头的铁芯饱和，这样在它变化的一个周期中，可使铁芯饱和两次，磁头输出绕组中输出电压信号为非正弦周期函数，所以其基波分量角频率w是输入频率的两倍。磁头输出的电势信号经检波，保留其基波成分，可用图中的函数式表示：

磁栅式传感器的工作原理

磁栅式传感器的信号处理方式：鉴相鉴幅

鉴相处理就是利用输出信号的相位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。

信号处理方式将第二个磁头的电压读出信号移相90°，两磁头的输出信号则变为：（1）鉴相方式将两路输出相加，则获得总输出：E的幅值恒定，其相位变化正比于位移量X的变化。

鉴相该信号经带通滤波、整形、鉴相细分电路后产生脉冲信号，由可逆计数器计数，显示器显示相应的位移量。ZBC-101鉴相型磁栅数显表的原理框图

信号处理方式利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位移量或磁头与磁尺的相对位置的信号处理方式。两个磁头输出信号的幅值是与磁头位置X成正余弦关系的信号。（2）鉴幅方式经检波器去掉高频载波后，可得:

鉴幅相位相差90°的两个关于位移X的正余弦信号与光栅式传感器两个光电元件的输出信号是完全相同的，所以它们的细分方法及辨向原理与光栅式传感器也完全相同。鉴幅型磁栅传感器的原理框图

磁栅数显装置

磁栅数显装置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

磁栅数显装置压板磁头磁尺数显

国产磁栅数显装置的LSI芯片组成两输入信号的放大；通道B信号移相900；通道A和通道B信号求和放大；补偿两只磁头特性所需的调整和来自数显表供给两只磁头的励磁信号。磁头放大器（SF023）：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。磁尺检测专用集成芯片（SF6114）：主要功能

国产磁栅数显装置的LSI芯片组成对磁尺的节