磁栅传感器详解

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传感器。具有制作简单，安装调整方便，对使用环境的条件要求低，对周围磁场抗干扰能力强，在油污、粉尘较多的场合下使用稳定性好，测量范围宽，测量精度较高等一系列的优点，在数控机床、精密机床上得到广泛的应用。
磁栅按其结构可分为长磁栅和圆磁栅两大类。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。
    磁栅位移传感器的组成：
   磁栅位移传感器由 磁性标尺（简称磁尺）、读取磁头和检测电路组成，其结构如图2.14所示，它是利用录磁原路工作的。先用录磁磁头将按一定周期变化的方波、正弦波或电脉冲信号录制在磁性标尺上，作为测量基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转化成电信号，再送到检测电路中去，把磁头相对于磁性标尺的位移量用数字显示出来，并传输给数控系统。
直线型磁栅位移传感器的结构和工作原理

   （1） 磁尺
    磁尺是在非导材料的基体上（如铜、不锈钢、玻璃等）涂敷、化学沉淀或电镀上一层很薄膜（导磁材料），然后录上一定波长的磁信号。
录制磁信息是，要使标尺固定，磁头根据来自激光波长的基准信号，以一定的速度在其长度方向上边运行边流过一定频率的相等电流，这样，就在标尺上录上了相等节距的磁化信息而形成磁栅。磁栅录制后的磁化结构相当于一个个小磁铁按NS,SN,NS,..的状态排列起来，图2.15所示。因此在磁栅上的磁场强度呈周期性的变化（可为正弦波或矩形波规律），在N-N或S-S重叠部分为最大。磁化信号的节距一般为0.05mm,0.1mm,0.2mm,1mm等几种。为了防止磁头对磁膜的磨损，通常在磁膜上涂以层塑料保护层。

   按照基体的形状，磁尺可分为尺型、带型和同轴型（又称线装磁尺）。
   1) 尺型磁尺 磁头和磁尺之间留有间隙，磁尺固定在带有板弹簧的磁头架上，工作中磁头架沿磁尺的基准而运动，磁头不与磁尺接触。磁尺本身的形状和加工精度要求较高，刚性要好，故而成本较高，主要用于精度要求较高的场合。

   2) 带型磁尺   带状磁尺是在材料为磷青铜的带状基体上电镀一层合金磁膜。带状磁尺固定在用低碳钢制作的屏蔽壳体内，并以一定的预紧力将其绷紧在框架或支架中，使带装磁尺随同框架或机床一同伸缩，从而减少温度对测量精度的影响。当量程较大或安装面不好安排时，可采用带型磁栅。
   3) 同轴型磁尺  在直径为2mm的青铜丝上镀以合金或永磁材料的磁膜。线状磁尺在两磁头中间穿过，与磁头同轴，两者之间具有很小的间隙。由于同轴型磁尺被包围在磁头中间，对周围电磁场起到了屏蔽作用，所以抗干扰能力强、检测精度较高。这种磁栅传感器结构特别小巧，通常用于小型精密数控机床及测量机。
  （2） 磁头
   磁头是进行磁-电转换的变换器，它把记录在磁尺上的反映空间位置的磁化信号转换为电信号输送到检测电路中取，它是磁栅测量装置中的关键元件。
按读取信号方式的不同，磁头可分为动态磁头和静态磁头。网络分析仪
   1） 动态磁头上只有一个输出绕组，只有当磁头和磁尺相对运动时才有信号输出，因此又称动态磁头为速度响应式磁头。例如普通录音机上的磁头，其输出电压幅值与磁通变化率成比例，属于速度响应型磁头。，它只有在磁头和磁性标尺间有相对运动时才能读出磁化信号，所以这种磁头只能用于动态测量。
   2） 静态磁头上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是信号输出绕组。检测电路主要用来供给磁头激励电压，并将磁头检测到的信号转换为脉冲信号输出。由于数控机床中的数控系统要求在低速运动甚至静止时也能检测出磁性标尺上的磁化信号，即用于位置检测的磁头应为静态磁头，所以必须把普通磁头改制为调制式磁头。磁通响应式磁头就是调制式磁头的一种，根据其工作用途又可分为单磁头，双磁头和多磁头磁通响应式磁头。
本文由北京海洋仪器提供，www.hyxyyq.com