磁栅传感器

当励磁绕组N1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心而闭合。
如果在绕组中通入交变电流，当交变电流达到某一 个幅值时，铁心饱和而使磁路“断开”，磁栅上的磁 通就不能在磁头铁心中通过。反之，当交变电流小于 额定值时，可饱和铁心不饱和，磁路被“接通”，则 磁栅上的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。
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节距（W）：磁信号波长
• 在N-N，S-S重叠部分磁感应强度最强，极性相 反，从N到S磁感应强度呈正弦波变化。
• 常用的磁信号节距为0.05mm和0.20mm。 • 分为尺形、带形、同轴形三种，一般用尺形。
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磁头分为静态、动态两种
• 动态磁头（速度响应式）：
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。 • 不适用于时走时停，速度不均匀场合
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• 静态磁头（磁通响应式）：在磁栅与磁
头间没有相对运动也有信号输出。
• 分为两个绕组：励磁绕组、输出绕组。为 保证距离准确性，两个磁头做成一体。
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磁栅的外静形态及磁结头构 磁尺 固定孔
去信号处理电路
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结构：磁栅、磁头、信号处理电路
• 磁栅（又称磁尺）也是一种电磁监测装置。 尺基用满足一定要求的硬磁合金制成，或 者用热胀系数小的非导磁材料。
• 利用磁记录原理，将一定波长(w)的矩形波 或正弦波信号用磁头记录在磁性标尺的磁 膜上，作为测量基准。
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感应电动势的频率为励磁电流频率的两 倍
不管激励电流在正半周或负半周，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心饱和，这样，在它 变化一个周期，铁心饱和两次，磁头输出绕 组中输出电压信号为非正弦周期函数，
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多间隙磁头具有平均效应作用
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为了辨别磁头运动的方向，采用两只磁头 （sin、cos磁头）来检取信号。它们相互距离为 (m± ¼)W ,m为整数。当两只磁头加以同一励磁电 流时，输出信号为
e1
Em
sin t
sin
2x
w
e2
Em
sin
t
cos
2x
w
x 2x , x为机械位移量
w 上式反映了磁头与磁栅节距间的周期关系
磁头的输出电路由磁头放大器（包括幅度微调、求和 电路等）、带通滤波器和放大器等几个部分构成。
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2. 鉴相内插细分电路
它由限幅整形、相位微调、同步电路、信号分频器、 位置脉冲形成、鉴相分频器、鉴相触发 器和相位脉冲 门等组成。
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磁栅测量系统
磁尺
磁头
压板
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2.鉴幅型：
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。
把输出感应电动势经检波器去掉高频 载波后得：
2x
e1 Em sin w
e2
Em
cos
2x
w
输出信号与光栅传感器的输出信号类似处理
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1.鉴相型磁栅数显表的原理框图
设置两个磁头的 意义何在？
为了增大输出，实际使用时采用多 间隙磁头，因为它的输出是许多间隙所 取得的信号的平均值，因而可以提高精 度。
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磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示
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信号处理方式
励磁电压
Ui U m sin t
感应电动势
e
Em
sin
t
c os
2x
w
x--磁头相对于磁尺的位移
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工作原理（静态）
• 磁感应强度决定于磁头与磁栅的相对位 置。
随着激励交变电流的变化，可饱和铁心这一 磁路开关不断地“通”和“断”，进入磁头的 剩磁通就时有时无。这样，在磁头铁心的绕组 N2中就产生感应电势，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。
电子线路判断相位角，即可获得位移量及
位移的方向。
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Em
siHale Waihona Puke Baidu(t
2x
w
)
1）位移大小：将信号经带通滤波，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。
2）方向：当位移为正向时，相位θx为正值， 当位移为反向时，相位θx为负值。θx的变化 范围为0～2π。每改变一个W ，θx就变化一 个机械周期
磁尺与磁头接触，使用寿命 不如光栅，数年后易退磁。
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2.微机磁栅数显表的原理框图
磁头、磁尺与专用的磁栅数显表配合，可用来检 测机械位移量。
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1）磁栅的信号检出电路
它由磁头的输入（励磁）电路和磁头的输出电 路构成。 磁头的输入电路包括8MHz晶体振荡器、分频器、 低通滤波器和功率放大器四部分构成。
磁栅传感器
内容
• 磁栅传感器结构 • 磁栅传感器原理 • 输出信号处理 • 应用
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磁栅价格低于光栅，且录磁方便、 易于安装和调整，测量范围宽（从几 十毫米到数十米），抗干扰能力强。 一般应用在大型机床的数字检测，自 动化机床的自动控制及定位控制等。
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磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。 长磁栅主要用于直线位移测量， 圆磁栅主要用于角位移测量。
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信号处理方式：鉴相型、鉴幅型
1.鉴相型
输出感应电动势
e1
Em
sin
t
sin
2x
w
e2
Em
sin
t
cos
2x
w
把e1经电子线路移相90度后，得
e1
Em
c ost
sin
2x
w
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将它与e2相加得：
e
Em
sin(t
2x
w
)
上式表明：鉴相处理后，电动势e的幅值
是常数，其载波相位正比与位移量x，用
• 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。
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静态磁头的结构及其磁化波形
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上图所示为 磁尺的磁化 波形，在N与 N、S与S重 叠部分磁感 应强度最大， 但两者的极 性相反，从N 到S磁感应强 度呈正弦波 变化。
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工作原理（静态）
• 励磁绕组起磁路开关作用
磁栅在磨床测长系统中的应用
磁尺
磁头安装在何处？
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