时栅位移传感技术

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磁栅位移传感器工作原理

磁栅位移传感器工作原理
磁栅位移传感器是一种应用很广泛的可检测物体位移变化的物理传感器，也称为磁滑
台或磁滑台式传感器。

磁栅位移传感器主要由有磁性物体制成的磁滑台和一组具有磁感
应特性的传感器磁针组成，磁滑台上面覆有一层能够人为改变金属厚度的特殊膜，这种膜
的厚度可以在一定的精度范围内确定物体的位移量。

磁栅位移传感器的工作原理是，当需要检测的物体移动时，磁滑台上的特殊膜的厚度
会发生变化，这将影响磁滑台内部的金属结构，也就是磁针出现的磁场发生变化。

结果，
磁针可以检测到物体的移动量，从而可以监测到物体在空间上的移动变化情况。

此外，磁栅位移传感器还可以用于检测在磁滑台上设置的对象的水平位置变化。

因此，磁栅传感器在确定某些物体在水平方向上的位置变化以及监控垂直位移方面有着广泛的应用。

磁栅位移传感器的优点是，它的电阻变化很小，电极的放大性能很好，响应速度也比
较快，可以大大提高传感器的准确度。

另外，由于它采用的是磁栅位移传感器，而不是受
温度影响而变化的传感元件，它具有良好的稳定性和耐用性，因此，它可以长期稳定地工作。

总的来说，磁滑台式传感器具有准确性高、性能稳定、反应快的特点，在检测物体的
空间变化方面有着广泛的应用，特别是在某些需要高精度的控制系统以及监测重要指标的
场合，都可以用磁栅位移传感器来代替其他类型的传感器，从而更加准确地获取信息。

时栅传感器的基本原理及应用

时栅传感器的基本原理及应用1. 时栅传感器的概述时栅传感器（Time-of-Flight Sensor）是一种可以测量物体与传感器之间距离的设备。

它利用红外线或激光发射器发射一个光脉冲，并通过测量脉冲的回程时间来计算距离。

时栅传感器可以应用于多个领域，如机器人导航、工业自动化、智能手机、虚拟现实等。

2. 时栅传感器的工作原理时栅传感器的工作原理基于飞行时间法（Time-of-Flight），即通过测量光脉冲从传感器发射到返回的时长来计算距离。

其工作过程如下：•发射器发射一个光脉冲。

•光线与目标物体相交并被反射。

•接收器接收到反射回来的光信号。

•通过测量光信号从发射到反射返回的时间差，计算出目标物体与传感器的距离。

3. 时栅传感器的优势时栅传感器相对于其他距离测量技术有以下优势：•高测量精度：时栅传感器可以实现亚毫米级别的距离测量精度，适用于精密测量应用。

•宽动态范围：时栅传感器可以测量靠近和远离传感器的目标物体，适应不同测量范围的需求。

•高抗干扰性：时栅传感器对于外界环境的光线变化、阴影等因素具有较高的抗干扰性能。

•快速响应速度：时栅传感器可以实现高速的测量和响应，适用于需要快速反馈的应用场景。

4. 时栅传感器的应用场景时栅传感器可应用于多个领域，例如：4.1 机器人导航时栅传感器可用于机器人导航中，帮助机器人感知周围环境并避障。

通过测量与障碍物的距离，机器人可以计算出最佳路径，并避免碰撞。

4.2 工业自动化在工业自动化领域，时栅传感器可以用于物体检测和测量。

例如，可以用于测量流水线上零件的位置、检测缺陷、计算速度等。

4.3 智能手机时栅传感器广泛应用于智能手机中的人脸识别和手势控制功能。

通过测量用户与手机的距离，可以实现自动息屏、快速解锁等功能。

4.4 虚拟现实时栅传感器可用于虚拟现实头盔中，实现对用户头部位置和姿态的精确测量。

通过实时跟踪用户的头部运动，可以提供更真实、沉浸式的虚拟现实体验。

时栅传感器使用要求

时栅传感器使用要求时栅传感器使用要求【导言】时栅传感器是一种常用于测量时间间隔的传感器。

通过测量电信号在栅栏之间通过的时间，可以获得高精度的时钟信号。

在各行业的科学研究、工程项目以及日常生活中都有着广泛的应用。

然而，由于其操作和使用的特殊性，我们在使用时需要遵循一些特定的要求。

本文将从深度和广度两个方面对时栅传感器的使用要求进行全面评估，并分享一些个人的理解和经验。

【正文】一、材料准备时栅传感器是一个非常精密的设备，使用时需要保持良好的状态。

在使用之前，首先要确保时栅传感器的外部无损伤，检查传感器表面是否有划痕或变形。

要确保传感器内部的电路板和连接线路的完整性，以免影响测量结果。

确认时栅传感器所需的电源和信号输入是否正常，以保证正常的测量运行。

二、环境要求时栅传感器通常对工作环境的条件有一定的要求。

要确保传感器工作的环境温度和湿度范围在设定值范围内，以免产生不必要的误差。

传感器周围的电磁环境要稳定，避免干扰对传感器的正常工作产生影响。

需要注意防止传感器接触到任何可能对其产生损害的物质，比如液体、腐蚀性物质等。

三、安装要求安装时栅传感器时需要注意以下几点要求：要选择一个稳定的固定位置。

传感器在测量时需要保持稳定，避免因为移动而导致误差。

在安装过程中，需要确保时栅传感器的栅栏与被测对象之间没有干涉。

要注意传感器与其它设备之间的接口和连接，保证信号传输的准确性。

四、校准和校验时栅传感器在使用一段时间后，需要进行校准和校验，以确保测量结果的准确性。

校准是指将传感器测量的数据与已知准确标准进行对比，计算并调整传感器的测量偏差。

校验是指通过对测量过程中的控制值进行比对，验证传感器的性能是否符合规范。

定期的校准和校验是保证时栅传感器长期稳定可靠工作的重要步骤。

五、使用注意事项在使用时栅传感器时，还需要注意以下几点：要避免传感器的过载和短路，以免产生损坏。

要避免传感器长时间工作在过高或过低的温度条件下，以免损坏传感器内部元件。

武汉磁栅位移传感器工作原理

武汉磁栅位移传感器工作原理磁栅位移传感器是一种用于测量限定范围内物体位移的传感器。

它主要由磁栅传感元件和连接部件构成，并通过相应的信号处理系统和控制系统来安装，操作，收集和处理信号。

一、磁栅位移传感器的基本结构1. 传感元件：由磁栅阵列构成，是获取物体位移信号的基础，其重要部件有磁栅元件、磁栅缝、固定框架等；2. 连接元件：主要包括传感器支架、轴承及紧固件，用于将磁栅传感器固定到产品上；3. 信号处理元件：一般由单片机、数据采集板、变压器等组成，主要负责处理传感器传出的电信号，实现不同的产品的测量；4. 控制系统：主要是控制器(被控者)和驱动器(送控者)，控制磁栅传感器的操作，实现位移传感器的使用。

二、磁栅位移传感器的工作原理1. 磁栅构成：磁栅传感器由一组磁栅连接而成，形成一组磁导体；2. 磁栅引脚：一般分成两组，一组为收集端，另一组为读取端，所有的磁栅都共享一些相同的收集端和读取端；3. 传感信号：在移动的物体穿过磁栅时，其中一组引脚的信号会被改变，从而输出物体移动位移的特征信号；4. 数据采集及处理：信号处理系统主要负责数据采集及处理，将采集到的特征信号进行检测、筛选、处理，最后将合格的信号发送给控制系统；5. 控制信号：控制系统根据信号内容，生成相应的控制信号，调整各元件的运行参数，实现物体位移的测量。

三、磁栅位移传感器的应用1. 打印机：磁栅位移传感器可用于测量打印机的墨斗活动范围和行程；2. 电池组件：可以测量一些电池组件的位移和移动距离，方便控制电池的使用；3. 密封组件：磁栅位移传感器可用于检测密封组件的尺寸，强度，质量等参数，以及距离、位移等；4. 机电组件：可以测量机械部件（如轴承，螺丝）的偏差及位移，帮助判断机械部件是否达到规定标准；5. 贴片元器：磁栅位移传感器可用于检测贴片元器的位移，从而提高贴片的精度；6. 自动化设备：可以测量用于制造自动化设备的零部件尺寸和位移，从而确保生产的自动化设备品质合格。

磁栅位移传感器工作原理

磁栅位移传感器工作原理磁栅位移传感器是一种使用磁场来测量物体位移的传感器。

它主要由磁栅和传感器两部分组成。

磁栅由多个磁材料组成，每个磁材料上都有一个固定的磁极。

传感器则是用于探测磁栅磁场变化的装置。

当物体位移时，磁栅会随之移动，进而改变磁场分布，传感器会通过测量磁场的变化来确定物体的位移。

以下将详细介绍磁栅位移传感器的工作原理。

首先，磁栅位移传感器利用磁场的相关特性实现位移的测量。

磁场是由磁物质产生的，并具有磁力线以及磁感应强度的特性。

在磁栅中，每个磁材料上都有一个磁极，通过相邻磁材料的排列，形成一定的磁场结构。

这种结构可以是连续的，也可以是离散的。

其次，磁栅位移传感器利用磁栅的移动来测量位移。

当物体位移到磁栅时，磁栅会随之移动，进而改变磁场结构。

例如，当物体向右移动时，磁栅也会向右移动。

这样一来，磁栅中磁极之间的距离会发生变化，从而改变了磁场的分布情况。

因此，我们可以通过测量磁场的变化来确定物体的位移。

然后，磁栅位移传感器利用传感器来探测磁场的变化。

传感器是一种可以感知磁场的装置，它可以将磁场的变化转化为电信号输出。

传感器的基本原理是利用磁场对导电材料的影响，如电磁感应、霍尔效应等。

当磁场的分布发生变化时，传感器会感受到磁场的变化并产生相应的电信号。

最后，磁栅位移传感器利用电信号来确定物体的位移。

传感器将感知到的磁场变化转化为电信号后，会经过处理电路进行放大和滤波。

然后，电信号会被传输到计算机或者显示设备等外部设备进行处理和显示。

通过分析电信号的特征，我们可以得到物体的位移信息。

总的来说，磁栅位移传感器的工作原理包括：利用磁栅产生的磁场结构，通过磁栅的移动改变磁场的分布情况，利用传感器感知磁场的变化并产生相应的电信号，通过处理电路放大和滤波电信号后将其传输到外部设备进行处理和显示。

通过这样的工作原理，我们可以实现对物体位移的测量。

时栅位移传感器原理介绍

图示为针对圆分度测量考虑了一种设计方案如图3所示。采用速度为V的恒速同步电动机，轴上安装一个单齿，用它来构成W=360°的运动标尺。在绕电动机轴线作回转运动的分度转台上安装测头线圈a，其运动反映了被测物体的角位移。另有一固定于底座上的测头线圈b，也就是相当于坐标原点。当电动机带动单齿匀速旋转分别掠过动、定测头a、b 时，将分别感应出脉冲序列Pa和Pb， Pb相位保持不动，而 Pa相位将随测头a也就是被测物体的转动而移动，于是用时钟脉冲Pt对Pa和Pb之间的相位差进行插补计数，位置差（位移）反映为时间差。由于时钟频率很高，分辨Thank you for your attention!
2.时栅位移传感器原理
本节参考了《精密时栅位移传感器研究》
2.时栅位移传感器原理
图1 在一个基准尺上刻线，栅距为W，运动质点a以任意方向和任意速度v运动，每过一道栅线发一个脉冲，配合辨向计数电路，可得到其位移。为了保证分辨率和精度，必须保证标尺刻线“既要密，又要精”。
图2 设想一把无限长栅线尺以恒速V运动起来，每一道栅线在经过运动质点a和坐标原点b时，会得到瞬时时刻To和Ti。于是a点相对于b点的位移，成为栅线观测到的时间之差，则位移为。
t=0时，两坐标系原点重合,则t=t时刻，P点在 S的位置是：
如事先在 S 上距离原点任意距离 W 处设有一考查点，则可推出P 点到达 W 点的时间：以上P点的位移值与其运动速度方向等参数无关，可用于任意方式运动的物体的位移测量。
如果 P 点在 S′发生位移 x′，P 点到达W 点的时间将由 To变成 Ti ，而参考点 O′到达的时间仍为 To，P点在 S 的位置是：
1.位移的时空测量方法

挑战传统,产业报国——访时栅位移传感器发明人彭东林教授

“ 光年” ，都包含有时空转换的思想。但是他们忽略
了跑马圈地只是一种宏观的、统计平均的概念， “ 光
年 ” 中的光速是自然界惟一的恒速运动现象，而我们面对的是微观的、精密的，以任意速度运动的物体位
移测量。所幸的是，尽管有很大争议，国家自然科学
测分析系统 ” ，因在国防和机床、齿轮行业应用效果突出，于１９年获国家教委科技进９５步二等奖，１９年被国家科委列为 “ ９６国家级科技成果重点推广计划项目”。作为课题负责人五次获得国家自然科学基金资助，承担教育部重点项目、国家 “ ６ ”项目、国家质８３
提出时就曾受到各种质疑：有的认为这是不可能的事， “ 已经是一个哲学问题了”；有的认为这不是新
法”即后来的 “ 时空坐标转换方法” ，这个 “ 微机装
置”即后来的 “ 时栅传感器 ”。１９年第一台机械式９９
时栅诞生，虽然精度不高，只有 ±３，但这是有史新技术，全新技术变成全新产品，全新产品变成全新４以来人类第一次不用精护创新的基本原则，以 “ 非共识项目”给予课题组资助。１９年，第一台 “ ９９单刻线机械式时栅 ”诞生后，众多专家学者一致给予了高度评
“ ６ ” 、科技部中小企业创新基金、国家质检总局８３项目以及两项国防科工委重大项目资助，并获得重庆市技术发明一等奖、中国专利金奖等一系列荣誉称
器，先后获重庆市技术发明一等奖，中国专利金奖等（以上工作个人均排名第一）。

时栅位移传感器原理介绍

时栅位移传感器原理介绍时栅位移传感器主要由传感器本体、测量电路和信号处理单元组成。

传感器本体包括活动构件和定位构件，活动构件与待测物体相连，定位构件固定在测量装置上。

传感器本体两侧各设置有一组时电极栅片，通过电源施加交变电压，使得传感器形成一个可测量的电容器。

当活动构件发生位移时，电容器的电容值也相应发生改变，从而可以通过测量电路和信号处理单元将位移值转换为电信号或数字信号。

具体来说，时栅位移传感器是基于电容变化进行位移测量的。

其工作原理如下：1.电容的影响：两个电极之间的电容与它们之间的距离成反比。

当两个电极之间的距离变化时，电容值也会发生变化。

2.时栅电容谐振：为了提高测量精度和信噪比，传感器中的两组电极栅采用谐振结构。

谐振结构使得传感器对位移更加敏感，并且减小了杂散信号的影响。

3.激励信号：通过施加一定频率的交变电压，激励电极栅，在一定频段内形成谐振电路。

这个频率一般为几百kHz，根据实际应用而定。

4.电容测量电路：对传感器中的电容进行测量，可以采用称为LC振荡电路或LC谐振电路。

当电容发生变化时，谐振电路的频率也会变化。

通过测量频率变化，可以得到位移量。

5.信号处理：测量得到的电容变化值通过信号处理单元进行处理，转换为电压信号或者数字信号。

可以通过模数转换（ADC）将模拟信号转换为数字信号，便于处理和传输。

然而，时栅位移传感器也具有一些限制。

由于测量原理的特性，传感器的线性度受到限制，对于大范围的位移测量，可能需要进行多点或者非线性校准。

此外，传感器对环境温度变化敏感，需要进行温度补偿。

总体来说，时栅位移传感器是一种可靠、精确的位移测量装置，在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。

随着技术的不断发展，时栅位移传感器的测量范围和精度还将进一步提高，满足更多领域的需求。

时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究

Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ｔｉ — ｒｔｇＤｉｐａｅｎｅｓｒＨａｍｏｉＬａｔｓｕｒｔｏＥｒｏｅａａｉｎＥｏｏｅｓｔｏｍｅｇａｉｎｓｌｃｍｅｔｓｎｏｒｎｃｅｓ— ｑａｅｍｅｈｄｒｒｓｐｒｔｒｒｃｍｐｎａｉｎｏ
时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究彭东林，等
时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究
ＲｅｅｒｈｏｎＥｒｐｒｔｎａｄＣｏｐｓｔｏｓａｃｒｏｒＳｅａａｉｎｍｅｎａｉｎｏｆｒＴｍｅｇａｉｇＡｎｕａｓｌｃｍｅｎｎｏｒｏｉ — ｒｔｎｇｌｒＤｉｐａｅｔＳｅｓ
彭林加．政高忠华陈锡侯饧森郑方蒸世
（庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重重庆４０５）００４
摘
一
Байду номын сангаас
要：为进一步提高时栅角位移测量系统的测量精度，降低生产成本和生产时间，据时栅传感器的误差组成和误差特性， … ｒ根提
０引言
时栅传感器是一种全新的位移传感器０，实它
分离为ｎ次误差谐波的叠加之和。闪此，用傅里运叶级数分离法，角系统的误差公式可表示为：测
△ ＝６０＋６１ｉｃ＋ … ＋６ｓｎｃ＝ｎｅｓｉｎｅ

时栅位移传感技术

即x=V(Ti-To)。其中运动坐标系可由以To为固定周期的时间坐标系配合以W为固定间隔的空间静止坐标系等效代替!两种坐标系的关系为 V=W/To。这就是著名的时空坐标转换理论（简称TST理论）其内涵有三点：（1）建立带时间考查点的相对匀速运动双坐标系，则一个坐标系上的位置之差（位移），表现为另一个坐标系上观察到的时间之差。
在时空坐标转换理论下，发明了多种时栅位移传感器，例如：差频式时栅、单齿式时栅、场式时栅、变耦变压器式时栅等。今天和大家一起分享其中的一种—磁场式时栅。顾名思义，这种时栅是以磁场产生的匀速坐标系S’,如下图
众所周知，当三相电机中按空间120度均分的三相定子绕组通以按时间120度均分的三相交流电流时，在电机的定子线圈和转子线圈之间的气隙中将形成一个行波磁场，即常说的旋转磁场，其转速 60 f (K为电机极对数,是一定值 V K f为电源频率）称为同步转速。在转子上开一个槽，埋一根导线作为动测头a在定子线圈空隙处埋一根导线作为定测头b，降低电源电压
（2）通过建立匀速运动坐标系，把对被测物体的匀速要求，转化为对传感器的匀速要求，使得用时间测变速运动物体的位移空间成为可能。（3）在一个匀速运动坐标系中，时间（时钟脉冲）具有唯一的空间当量，就是V。（4）测量属于位置测量，与质点运动速度v无关。
在TST系统的基础上再辅以时钟脉冲源,微处理器及相应电路,即构成一个完整的时栅传感器。时栅位移传感器原理框图如下图

使电机转子自己不转也不发热，而旋转磁场M, 构成W=360度的S’匀速坐标系。当它相继掠过动、定测头导线时，根据右手定则，在两根导线上将分别感应出电势。当我们以任意速度v 转动转子到任意位置时，转子与参考点（定子导线）的夹角

梅州磁栅位移传感器工作原理

梅州磁栅位移传感器工作原理梅州磁栅位移传感器是一种重要的位移传感器，它能够检测细微的振动和加速度，并能够快速准确的测量物体的位移。

它的基本原理是通过使用一个磁力计测量磁场的变化去检测物体的位移。

磁栅位移传感器由一个磁栅组成，大多数磁栅由一个固定的磁极（例如铁）和一个可变磁极构成，这两个磁极之间构成了一个相对稳定的磁场。

通常，可变磁极会作为一个浮动电容或者金属片，它随着位移的变化而变化，这样可以通过测量磁场的变化来检测物体的位移。

传感器的输出通过两个绕组（称为编码器输出）的变化来计算出位移。

磁栅位移传感器具有良好的精度，重复性和可靠性，使用它可以很容易的检测物体的微小加速度和位移。

它还具有高精度，没有学习曲线，可在范围内提供准确读数，低成本，低仪器限和便宜的安装要求等多项优势。

磁栅传感器的工作原理是将一个发射器的磁场传送到被测物体上，然后被测物体上的磁场被接收，从而测量出磁场的变化。

当物体发生位移时，接收的磁场强度会有所变化，并以电脉冲或电压的形式传送到编码器，从而读取出物体的位移值。

因此，磁栅位移传感器可以测量物体的位移，并将这些位移数据传送到计算机或制动器中，用于相关的控制或分析。

磁栅位移传感器由磁栅组成，它可以测量振动、加速度和位移，具有精度高、重复性好、动态范围大等优点，因此广泛应用于汽车及机械设备上。

例如：用于汽车的动力分配和排放系统的重要传感器；机械设备的定位和跟踪，包括液压起落架的悬挂。

此外，磁栅位移传感器还可以应用于位置测量、导航系统、建筑物的移动监测等。

总之，磁栅位移传感器是一种重要的位移传感器，它的基本原理是通过使用一个磁力计测量磁场的变化来检测物体的位移。

它具有高精度，没有学习曲线，可以测量振动、加速度和位移，并具有良好的重复性和可靠性，广泛应用于汽车及机械设备上，也能应用于位置测量、导航系统、建筑物的移动监测等。

时栅位移传感技术讲解

传感器按非调制方式工作，每通过一个栅距W产生一个脉冲Px,对其累积计数再乘以脉冲当量W 即可得到x。这种方法的测量精度和分辨力依赖于W,与t和v无关，为此人们追求刻线更密、更精确。
小狗移动的距离=栅数X栅距(D=N*H)
时栅位移传感技术原理
事实上，“用时间测量空间”的思想久已有之。在古时候，就有“跑马圈地”的做法，即用一匹马跑一炷香的时间，代表对所需要距离的丈量。人们在天文学中更是习惯用光年来表示距离的量度。
———磁场式时栅位移传感器
概述
位移(直线位移或角位移)测量是最基本、最普遍的测量。在大量程位移测量中为了兼顾分辨力和量程，许多传感器采用了栅式结构，如光栅、磁栅、容栅、齿栅、感应同步器等，利用其运动过程中某些物理量有规律的周期性变化而形成沿空间均匀分布的“栅线”从而可以通过对栅线的计数而得到位移量。
0
To
而这段时间内,a相对于b的位移正是
和累加的公式一样，这里也实现了用时间脉冲累加来求取空间位移，火车a的位移为：S=X+V.To （1）这里是对非匀速运动的测量，具有实用意义。
（2）测量需要建立在一个恒速运动的坐标系上，另有一个静止的坐标系及考查点。
（3）测量与v无关，无论它是变化的、变向的或是间断的，测量只与被测物在采样当时的位置有关。
背景分析
现有的栅式位移传感器，依赖的是基于超精密机械加工的高精度空间刻划技术，而栅线数难以进一步提高，只能依靠电子细分，从而引起成本、可靠性、抗干扰力等方面的问题，直到时栅位移传感器的诞生。
事实上，对于一个匀速运动的质点，已经
可以借用时间t去测量空间x如下面公式：
T
x 0 Vdt
VT
V Pt

磁场式时栅位移传感器信号处理新方法

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅ — ｇｒａｔｉｎｇ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ；ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｉｎｒｃｉｐｌｅｉｓａｎｌｙａｚｅｄ．Ａｎｅｗｓｉｇｎｌａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｍａｐｐｅａｒｅｄｉｎｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｅｆｌｄｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｔｈｅｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇ
ｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｂｙｓｐｅｃｉｉｃｆｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｓｑｕａｒｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒｉｓ
输出信号的处理具有广泛的适用性。关键词：时栅；测量精度；信号处理；位移
中图分类号：ＴＧ８１；ＴＧ７１１文献标志码：Ａ

磁栅伸缩位移传感器工作原理

磁栅伸缩位移传感器工作原理
磁栅伸缩位移传感器是一种用于测量物体线性位移的传感器。

它通过测量磁栅的位移来确定物体的长度变化。

这种传感器使用磁栅材料制成，其中包含着许多细小的磁性条纹。

当物体发生位移时，磁栅也会伸缩，导致磁性条纹的间距发生变化。

该传感器工作的基本原理是利用磁性条纹之间的磁感应强度的变化。

当磁栅伸缩时，磁感应强度的分布也会随之变化。

传感器中包含一个磁束传感器（如霍尔效应传感器或磁电阻传感器），用于测量磁通量的变化。

通过测量磁通量的变化，可以计算出磁栅的位移。

具体的工作原理可以分为下面几个步骤：
1.传感器安装：将磁栅安装在需要测量位移的物体上。

磁栅的长度应与物体的长度一致，以确保测量的准确性。

2.磁场产生：在传感器的一侧，产生一个稳定的磁场。

这可以通过使用永久磁铁或电磁铁来实现。

3.磁感应强度测量：传感器中的磁束传感器测量磁通量的变化。

磁通量是单位面积上通过的磁场的总磁场线数。

4.位移计算：根据测量到的磁通量变化，可以推算出磁栅的位移。

这可以通过使用已知的磁栅位移与测量到的磁通量变化之间的关系来实现。

需要注意的是，由于磁感应强度与磁通量之间的关系是非线性的，并且受到磁栅材料的磁导率、温度等因素的影响，因此在实际测量中可能需要进行校准和温度补偿。

时栅传感器的基本原理及发展过程

2.位移的时间测量模型

式（2.2）从时间的角度描述了质点运动的位移。由式（2.2）可以建立位移的时间测量模型。
位移测量中的时空坐标转换思想

客观实际中大量存在的运动是非匀速的，有时还是间断和变方向等不规则运动。能否利用某种转换，使被测物无规则运动的位移转换为其他物体匀速运动的位移，从而充分利用时间量进行位移测量优势？

在大量程位移测量中，为了兼顾分辨力和量程，许多传感器采用了栅式结构，如光栅、磁栅、容栅、球栅、齿栅、电栅（感应同步器）等，利用其运动过程中某种物理量有规律的周期性变化而形成沿空间均匀分布的“栅线”，从而可以通过对栅线的计数而得到位移量。

光栅传感器是目前采用最为广泛的栅式传感器，精度较高，技术也是比较成熟。然而光栅传感器也是有明显的缺点的

波形保持正弦不变而沿一轨迹匀速前进。其行波每经过固定的时间T，就前进固定的空间距离 W，因此行进速度 V＝W/T 恒定。因其波形固定，空间间隔均匀，行进速度恒定，这正是理想的 S′坐标系。三相异步电机中按空间均布的三相定子绕组通以相位互差 120 的三相交流，在电机的定子线圈和转子线圈之间的气隙中将形成一个旋转磁场，该旋转磁场在转子导体中感应出电压和电流信号，转子以略低于旋转磁场转速的速度旋转。如果转子绕组是断开的，则在绕组两端有一电压信号。如果用一段导线代替转子绕组会怎么样呢？导体两端的信号弱的多，但还可以检测到。因此，如图 3.12 所示，根据三相异步电机的原理，可以构造基于时空坐标转换理论的传感器来测量角位移。旋转磁场可以看成是行波，它的转速称为同步转速，其值可由（3.34）式计算。
两种位移测量模型

时栅位移传感器极对数选取分析

间被测位移转换为时间的测量。磁场的质量及磁极对数的选取均与时栅测量精度有关。文章针对
场式时栅旋转磁场极对数对时栅精度的影响进行了研究，对于提高时栅精度具有重要意义。
关键词：场式时栅位移传感器；磁极对数；时栅精度
中图分类号：ＴＨ７１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２ — ９５３６（２０１３）０３ — ０００１ — ０３
时栅位移传感器［１］是一项基于时空坐标转换
理论的开创性研究，它的发展具有深远意义。时
的三相电流，在定子和转子之间的气隙中形成旋转磁场Ｅ，在定子和转子上分别埋导线作为动、定
测头。当旋转磁场相继掠过动、定测头时，两测头上分别感应出电势，比较与运动角位移对应的两
空坐标转换理论可以概括为：为实现用时间测量质点Ｐ的空间位移，采用两套坐标系，一套是静
坐标系，另一套是动坐标系。动坐标系和静坐标
系的相对速度是常量。其中一套坐标系带有固定的时间考查点。当质点Ｐ在静坐标系中运
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｅｌｄ — ｍｏｄｅｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｔｉｍｅ－ｓｐａｃｅｃｏｏｒｄｉ — ｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｕｓｅｓｍｏｔｏｒｒｏｔａｔｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｓａｍｏｖｅｍｅｎｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｉｎｔｉｍｅ－ｓｐａｃｅＣＯ — ｏｒｄｉｎａｔｅｓ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｐａｃｅｉｓｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏａｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｐｏｌｅｐａｉｒｓａｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｏｎｅｏｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐｏｌｅｐａｉｒｓｏｆｆｉｅｌｄ — ｍｏｄｅｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｒｏｔａｔｉｎｇｆｌｕｘｔｈａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇａｎｄｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｐｏｌｅｐａｉｒｓ；ｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

时栅位移传感器研究

研究 ”的新思想和新方法。做Hale Waihona Puke 出精度为 ±３ ” 并４的
究立足于改变人们长期以来形成的传统思维：高 “
精度位移测量必须依赖高精度的测量基准标尺，
且这个测量基准标尺是基于超精密机械加工而得到的空间刻线分布” 提出了 “ ，精密位移测量可以
・收稿日期：０６５０２０ —０ —２
ＳｕｙｏｈｍｅＧｒｔｇＤｉｌｃｍｅｔＳｎｏｔｄｎｔｅＴｉａｉｓａｅｎｅｓｒｎｐ
ＰＮｏｇｌＬＵＸｉｏｋｎ，ＨＧｉｇｈｎ，ＨＥｉｈｕＥＧＤｎ — ｎ，Ｉａ — ａｇＺＡＮＸｎ－ｏｇＣＮＸ —ｏｉ
模型样机．该研究成果通过全国的专家通讯评审
获得高度评价，引起国家自然科学基金委的重并
剔，仍有一些缺点，其根本原因在于栅线数难以进
一
步提高，只能依靠电子细分，从而引起成本、可
个圆周有ｌ２６００秒，常刻线３０线／９０角通２４０周
和方法的问题… 第二阶段为２０－２０年。１．００－０４在笔者承担的第二项国家自然科学基金“ 场式时栅位
移传感器研究 ” ５０５９）重庆市科技攻关项（０７０１［、
量．达到工程上１以内的分辨力要求，要靠复要 ” 就
（ｃｏｌｆｌｔｎｆｍｔｎａｄＡｔａｏ，ＳｈｏｏｅｒｉＩｏａｏｎｕｍｔｎｃＥｃｏｃｎｒｉｏｉｎｓｔｔｏＴｃｎｌｙＣ０ｇｉ０５，ｈａｇＩｔｕｆｅｈｏｇ，ｈｎｑｇ０００Ｃｉ）ｎｉｅｏｎ４ｎ

基于驻波调制方法的新型时栅位移传感器

ｒ感应线圈一
— —
铁芯２铁芯１
一
一激励线圈
图Ｓ
位置２ —— 虚拟磁力线位置１
传感器实物图
定子、子上分别绕制激励线圈和感应线圈３转０匝、０匝。９激励线圈输入峰峰值为２的正弦交流电，率为４０Ｈ．０Ｖ频０ｚ随着转子在定子内转动，路感应信号如图６所示，加合成的两叠行波电信号如图７所示。建立实验装置，新型时栅位移传感器与光（转第２将下７页）
最大时，二路信号幅值为零，第同样也能感应出一组拍频驻波信号。将两路拍频驻波信号叠加，即可得到关于时间变化量与
空间位移量的行波函数。
根据新型时栅位移传感器设计方案，先建立实物模型验首
证行波产生新方法。传感器如图５所示。
频驻波信号叠加就可以得到关于时间变化量和空间位移量的
行波电场。将两路输入电信号相位调制相差９。可实现时０即间正交；为了实现两路电信号空间正交，须通过新的结构而波调制方法的新型时栅位移传感器基
５
例如对单向电机而言，Ｏ为电机线圈通入电流的时间函数取ｔ２＝２，订— 而取为电机线圈分布的空间函数２
』
变化规律，计的新型时栅位移传感器分为上下两层，图４设如

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（2）通过建立匀速运动坐标系，把对被测物体的匀速要求，转化为对传感器的匀速要求，使得用时间测变速运动物体的位移空间成为可能。（3）在一个匀速运动坐标系中，时间（时钟脉冲）具有唯一的空间当量，就是V。（4）测量属于位置测量，与质点运动速度v无关。
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在TST系统的基础上再辅以时钟脉冲源,微处理器及相应电路,即构成一个完整的时栅传感器。时栅位移传感器原理框图如下图
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讲解：XX 2021/3/10
在时空坐标转换理论下，发明了多种时栅位移传感器，例如：差频式时栅、单齿式时栅、场式时栅、变耦变压器式时栅等。今天和大家一起分享其中的一种—磁场式时栅。顾名思义，这种时栅是以磁场产生的匀速坐标系S’,如下图
小狗移动的距离=栅数X栅距(D=N*H)
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讲解：XX 2021/3/
时栅位移传感技术原理
事实上，“用时间测量空间”的思想久已有之。在古时候，就有“跑马圈地”的做法，即用一匹马跑一炷香的时间，代表对所需要距离的丈量。人们在天文学中更是习惯用光年来表示距离的量度。
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使电机转子自己不转也不发热，而旋转磁场M, 构成W=360度的S’匀速坐标系。当它相继掠过动、定测头导线时，根据右手定则，在两根导线上将分别感应出电势。当我们以任意速度v 转动转子到任意位置时，转子与参考点（定子导线）的夹角
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众所周知，当三相电机中按空间120度均分的三相定子绕组通以按时间120度均分的三相交流电流时，在电机的定子线圈和转子线圈之间的气隙中将形成一个行波磁场，即常说的旋转
磁 f为场电，源其频转率速）V称 6为K0 f同(K为步电转机速。极在对转数子,是上一开定一值个槽，埋一根导线作为动测头a在定子线圈空隙处埋一根导线作为定测头b，降低电源电压
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即x=V(Ti-To)。其中运动坐标系可由以To为固定周期的时间坐标系配合以W为固定间隔的空间静止坐标系等效代替!两种坐标系的关系为 V=W/To。这就是著名的时空坐标转换理论（简称TST理论）其内涵有三点：（1）建立带时间考查点的相对匀速运动双坐标系，则一个坐标系上的位置之差（位移），表现为另一个坐标系上观察到的时间之差。
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背景分析
现有的栅式位移传感器，依赖的是基于超精密机械加工的高精度空间刻划技术，而栅线数难以进一步提高，只能依靠电子细分，从而引起成本、可靠性、抗干扰力等方面的问题，直到时栅位移传感器的诞生。
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事实上，对于一个匀速运动的质点，已经
可以借用时间t去测量空间x如下面公式：
T
x 0 Vdt
VT
V Pt
式中，Pt为为离散化的时间脉冲。这样我们就可以理
解为：通过常量V已经使得Pt具有空间意义,所以可以
通过对Pt的计数实现对x 的测量。但是客观实际中大
量存在的运动是非匀速的，有时还是间断和变方向
等各种不规则运动，对此式并无实用意义。
时：时间，或者是时钟脉冲信号
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栅：栅栏
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思想实验-火车相对运动测量原理-图
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在图中，火车a以速度v在地面行驶，为测量其位移，带地面上设立一标志杆，依次对经过的车厢边缘进行观测。这时是以大地为参照物，按经过的火车数进行累加。特点是：测量过程不受v和t的影响,过一节车厢累加1;测量的分辨力受限于车厢的长度W。而在图1-25b中，我们设想火车a行驶在另一列以匀速V行驶的具有相同车厢长度的火车b上,并且是以b为运动参照坐标系,即要测量a相对于b的位移x。这时在大地上的标志杆应视为设
Ti
vdt Vdt V (To Ti)
0
To
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而这段时间内,a相对于b的位移正是
和累加的公式一样，这里也实现了用时间脉冲累加来求取空间位移，火车a的位移为：S=X+V.To （1）这里是对非匀速运动的测量，具有实用意义。
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在另一个静止的坐标系上的一个考查点。测量
方法是：依次考查火车a和b车厢边缘到达标志杆的时间Ti和To,于是根据图1-25b和c可以推算出:
Ti
To
W 0 (V v)dt 0 Vdt
Ti
Ti
Ti
To
Vdt vdt Vdt Vdt
0
0
0
Ti
Ti
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———磁场式时栅位移传感器
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概述
讲解：XX 2021/3/10
位移(直线位移或角位移)测量是最基本、最普遍的测量。在大量程位移测量中为了兼顾分辨力和量程，许多传感器采用了栅式结构，如光栅、磁栅、容栅、齿栅、感应同步器等，利用其运动过程中某些物理量有规律的周期性变化而形成沿空间均匀分布的“栅线”从而可以通过对栅线的计数而得到位移量。
（2）测量需要建立在一个恒速运动的坐标系上，另有一个静止的坐标系及考查点。
（3）测量与v无关，无论它是变化的、变向的或是间断的，测量只与被测物在采样当时的位置有关。
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时空坐标转换理论（简称TST理论）
在相对运动的两套坐标系中，一套坐标系上的位置之差（位移）表现为另一套坐标系上观察点所观察到的时间之差。因此，为了实现用时间测量质点P的空间位移，采用静止和以恒速V 运动的两套坐标系，其中一套坐标系带有固定的时间考察点。当质点P有位移并用其中一套坐标系表示，其大小等于P点和该系参考点分别到达另一套坐标系的时间考查点的采样时间Ti 和参考时间To 之差与V的乘积，
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在时栅问世之前，之前的位移传感器都是基于这个原理做出来的。
传感器按非调制方式工作，每通过一个栅距W产生一个脉冲Px,对其累积计数再乘以脉冲当量W 即可得到x。这种方法的测量精度和分辨力依赖于W,与t和v无关，为此人们追求刻线更密、更精确。
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