磁栅式传感器.ppt

关于磁栅式传感器1磁栅传感器的工作原理2磁栅式传感器应用3磁栅式传感器结构和分类第2页,共21页，星期六，2024年，5月一、磁栅式传感器结构和分类磁栅式传感器主要由磁栅(简称磁尺)和磁头两部分组成。磁栅上刻有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的信号（正弦波或者矩形波）用录磁的方法记录在磁性尺子或者圆盘上而制成的。磁栅位移传感器工作时，磁头相对于磁栅有一定的相对位置，通过读取磁栅的输入输出感应电动势相位差即可把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位移转换成电信号。第3页,共21页，星期六，2024年，5月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。1－磁尺；2－尺基；3－磁性薄膜；4－铁心；5－磁头第4页,共21页，星期六，2024年，5月磁栅的外形及结构图磁尺静态磁头接信号处理电路固定孔第5页,共21页，星期六，2024年，5月2．磁栅的类型长磁栅圆磁栅（测量直线位移）（测量角位移）尺形带形同轴形第6页,共21页，星期六，2024年，5月1－磁头2－磁栅3－屏蔽罩4－基座5－软垫圆磁栅第7页,共21页，星期六，2024年，5月磁尺磁栅外观图磁头第8页,共21页，星期六，2024年，5月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第9页,共21页，星期六，2024年，5月磁栅传感器由磁栅（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。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示意图第10页,共21页，星期六，2024年，5月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5kHz或25kHz，幅值约为200mA。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。1．基本工作原理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：Em－感应电势的幅值W－磁栅信号的节距x－机械位移量第11页,共21页，星期六，2024年，5月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，第12页,共21页，星期六，2024年，5月双磁头结构双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结构如图所示。两磁头按(m±1／4)λ配置（m为正整数），它们的输出电压分别是U1、U2。2．信号处理方式第13页,共21页，星期六，2024年，5月为增大输出，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。双磁头结构2．信号处理方式第14页,共21页，星期六，2024年，5月鉴相处理方式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处理方式。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）鉴相方式第15页,共21页，星期六，2024年，5月鉴相型磁栅传感器的原理框图第16页,共21页，星期六，2024年，5月利用输出信号的幅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。第17页,共21页，星期六，2024年，5月鉴幅型磁栅传感器的原理框图第18页,共21页，星期六，2024年，5月1．磁栅测量系统三、磁栅式传感器应用第19页,共21页，星期六，2024年，5月磁栅在磨床测长系统