傳感器與檢測(cè)技術(shù)-3磁柵ppt課件

1、第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 一、磁柵式位移傳感器一、磁柵式位移傳感器磁柵式傳感器的分類、組成磁柵式傳感器的分類、組成 磁柵式位移傳感器根據(jù)用磁柵式位移傳感器根據(jù)用途可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵途可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵位移傳感器，分別用于丈位移傳感器，分別用于丈量線位移和角位移。量線位移和角位移。 磁柵傳感器是由磁柵磁磁柵傳感器是由磁柵磁尺、磁頭、檢測(cè)電路組尺、磁頭、檢測(cè)電路組成如右圖所示成如右圖所示l磁尺；磁尺；2尺基；尺基；3磁性薄膜；磁性薄膜；4鐵心；鐵心；5磁頭磁頭第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁柵的外形及構(gòu)造圖磁柵的外形及構(gòu)造圖磁

2、尺磁尺靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭去信號(hào)處置電去信號(hào)處置電路路固定孔固定孔第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁尺磁尺磁柵外觀圖磁柵外觀圖磁頭磁頭第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它是利用磁帶錄磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它是利用磁帶錄音的原理將一定波長(zhǎng)的電信號(hào)音的原理將一定波長(zhǎng)的電信號(hào)( (正弦波或矩形波正弦波或矩形波) )用用錄磁即用錄音磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定波長(zhǎng)記錄一錄磁即用錄音磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定波長(zhǎng)記錄一周期性信號(hào)，以剩磁的方式保管在磁尺上，這樣磁周期性信號(hào)，以剩磁的方式保管在磁尺上，這樣磁尺上錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)的方法

3、記錄在磁性尺尺上錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)的方法記錄在磁性尺子或圓盤上而制成的。子或圓盤上而制成的。 裝有磁柵傳感器的儀器或安裝義務(wù)時(shí)，磁頭相對(duì)裝有磁柵傳感器的儀器或安裝義務(wù)時(shí)，磁頭相對(duì)于磁柵有一定的相對(duì)位置，在這個(gè)過(guò)程中，磁頭把于磁柵有一定的相對(duì)位置，在這個(gè)過(guò)程中，磁頭把磁柵上的磁信號(hào)讀出來(lái)，這樣就把被測(cè)位置或位移磁柵上的磁信號(hào)讀出來(lái)，這樣就把被測(cè)位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 磁柵式傳感器的測(cè)試原理磁柵式傳感器的測(cè)試原理第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 1磁頭磁頭 2磁柵磁柵 3屏蔽罩屏蔽罩 4基座基座 5軟墊軟墊長(zhǎng)磁柵長(zhǎng)磁柵圓磁柵圓磁柵丈量直線位移丈量直線位

4、移丈量角位移丈量角位移尺形尺形帶形帶形同軸形同軸形磁柵的類型磁柵的類型第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁尺是用非導(dǎo)磁性資料做尺基，磁尺是用非導(dǎo)磁性資料做尺基， 在尺基的上面鍍一層均在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，經(jīng)過(guò)錄磁即用錄音磁頭沿長(zhǎng)度方向按一勻的磁性薄膜，經(jīng)過(guò)錄磁即用錄音磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定波長(zhǎng)記錄一周期性信號(hào)，以剩磁的方式保管在磁尺上，定波長(zhǎng)記錄一周期性信號(hào)，以剩磁的方式保管在磁尺上，這樣磁尺上錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)，磁尺的磁化圖形排這樣磁尺上錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)，磁尺的磁化圖形排成成SN、NS外形。外形。磁尺磁尺第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳

5、感器大位移傳感器 磁信號(hào)的波長(zhǎng)周期又稱節(jié)距，磁信號(hào)的波長(zhǎng)周期又稱節(jié)距， 用用表示。表示。 磁信號(hào)的極磁信號(hào)的極性是首尾相接，性是首尾相接， 在在N、 N重疊處為正的最強(qiáng)，重疊處為正的最強(qiáng)， 在在S、S重重疊處為負(fù)的最強(qiáng)。疊處為負(fù)的最強(qiáng)。 磁尺的的斷面和磁化圖形如以以下圖磁尺的的斷面和磁化圖形如以以下圖所示。所示。第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 大尺寸磁柵尺外形圖大尺寸磁柵尺外形圖第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁柵上的磁信號(hào)先由錄磁頭錄好，再由磁柵上的磁信號(hào)先由錄磁頭錄好，再由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)方式的不同，磁讀取磁頭讀出，按讀取

6、信號(hào)方式的不同，磁頭可分為頭可分為靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱速度呼應(yīng)式磁頭，只需一動(dòng)態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱速度呼應(yīng)式磁頭，只需一個(gè)繞組，當(dāng)磁頭沿磁柵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出。輸出個(gè)繞組，當(dāng)磁頭沿磁柵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出。輸出為正弦波，在為正弦波，在N N、N N重迭處輸出正信號(hào)最強(qiáng)，在重迭處輸出正信號(hào)最強(qiáng)，在S S、S S重迭處重迭處負(fù)信號(hào)最強(qiáng)。錄音機(jī)上的磁頭就是速度呼應(yīng)式磁頭，只負(fù)信號(hào)最強(qiáng)。錄音機(jī)上的磁頭就是速度呼應(yīng)式磁頭，只需在磁頭和磁帶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才干檢測(cè)出磁信號(hào)需在磁

7、頭和磁帶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才干檢測(cè)出磁信號(hào)1磁頭；磁頭；2磁柵；磁柵；3輸出波形輸出波形 動(dòng)態(tài)磁頭的義務(wù)原理動(dòng)態(tài)磁頭的義務(wù)原理 靜止時(shí)就沒(méi)有信號(hào)靜止時(shí)就沒(méi)有信號(hào)輸出。因此它只能用于輸出。因此它只能用于動(dòng)態(tài)丈量。動(dòng)態(tài)丈量。 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭是調(diào)制式磁頭，又稱磁通呼應(yīng)式磁頭。靜態(tài)磁頭是調(diào)制式磁頭，又稱磁通呼應(yīng)式磁頭。該磁頭有兩個(gè)繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出該磁頭有兩個(gè)繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組。繞組。u勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上u輸出繞組輸出繞組繞在磁路截面尺寸較大的豎桿上繞在磁

8、路截面尺寸較大的豎桿上它與動(dòng)態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭與磁它與動(dòng)態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭與磁柵之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。柵之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化，輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?；?，輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理 1磁頭；磁頭；2磁柵；磁柵；3輸出波形輸出波形N1N1為勵(lì)磁繞組，為勵(lì)磁繞組，N2N2為感應(yīng)輸出繞組。為感應(yīng)輸出繞組。在勵(lì)磁繞組中通入在勵(lì)磁繞組中通入高頻的勵(lì)磁電流，高頻的勵(lì)磁電流，普通頻率為普

9、通頻率為5kHz5kHz或或25kHz25kHz， 幅值約為幅值約為200 mA200 mA。靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 勵(lì)磁繞組起磁路開(kāi)關(guān)作用勵(lì)磁繞組起磁路開(kāi)關(guān)作用 當(dāng)勵(lì)磁繞組當(dāng)勵(lì)磁繞組N1N1不通電流時(shí)，磁路處于不飽和外不通電流時(shí)，磁路處于不飽和外形，磁柵上的磁力線經(jīng)過(guò)磁頭鐵心而閉合。形，磁柵上的磁力線經(jīng)過(guò)磁頭鐵心而閉合。 假設(shè)在勵(lì)磁繞組中通入交變電流假設(shè)在勵(lì)磁繞組中通入交變電流i=i0sinti=i0sint，當(dāng)交變電流當(dāng)交變電流i i的瞬時(shí)值到達(dá)某一個(gè)幅值時(shí)，橫桿上的的瞬時(shí)值到達(dá)某一個(gè)幅值時(shí)，橫桿上的鐵心資料飽和，這時(shí)磁阻很大，而使磁路

10、鐵心資料飽和，這時(shí)磁阻很大，而使磁路“斷開(kāi)，斷開(kāi)，磁柵上的磁通就不能在磁頭鐵心中經(jīng)過(guò)。反之，當(dāng)交磁柵上的磁通就不能在磁頭鐵心中經(jīng)過(guò)。反之，當(dāng)交變電流變電流i i的瞬時(shí)值小于某一數(shù)值時(shí)，橫桿上的鐵心資的瞬時(shí)值小于某一數(shù)值時(shí)，橫桿上的鐵心資料不飽和，這時(shí)磁阻也降低得很小，磁路被料不飽和，這時(shí)磁阻也降低得很小，磁路被“接通，接通，那么磁柵上的剩磁通就可以在磁頭鐵心中經(jīng)過(guò)。由此那么磁柵上的剩磁通就可以在磁頭鐵心中經(jīng)過(guò)。由此可見(jiàn)，勵(lì)磁線圈的作用相當(dāng)于磁開(kāi)關(guān)?？梢?jiàn)，勵(lì)磁線圈的作用相當(dāng)于磁開(kāi)關(guān)。靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 磁感應(yīng)強(qiáng)度決議

11、于磁頭與磁柵的相對(duì)位置。磁感應(yīng)強(qiáng)度決議于磁頭與磁柵的相對(duì)位置。 隨著鼓勵(lì)交變電流的變化，可飽和鐵心這一磁路隨著鼓勵(lì)交變電流的變化，可飽和鐵心這一磁路開(kāi)關(guān)不斷地開(kāi)關(guān)不斷地“通和通和“斷，進(jìn)入磁頭的剩磁通就時(shí)有時(shí)斷，進(jìn)入磁頭的剩磁通就時(shí)有時(shí)無(wú)。這樣，在磁頭鐵心的繞組無(wú)。這樣，在磁頭鐵心的繞組N2N2中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，主中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，主要與磁頭在磁柵上所處的位置有關(guān)，而與磁頭和磁柵之要與磁頭在磁柵上所處的位置有關(guān)，而與磁頭和磁柵之間的相對(duì)速度關(guān)系不大。間的相對(duì)速度關(guān)系不大。靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為勵(lì)磁電

12、流頻率的兩倍感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為勵(lì)磁電流頻率的兩倍 勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過(guò)零，兩勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過(guò)零，兩 次出現(xiàn)峰值。次出現(xiàn)峰值。只需電流幅值超越某一額定值，它產(chǎn)生的正向或反向磁場(chǎng)只需電流幅值超越某一額定值，它產(chǎn)生的正向或反向磁場(chǎng)均可使磁頭的鐵心飽和，這樣，在它變化一個(gè)周期，鐵心均可使磁頭的鐵心飽和，這樣，在它變化一個(gè)周期，鐵心飽和兩次，相應(yīng)的磁開(kāi)關(guān)通斷兩次。磁路在由通到斷的時(shí)飽和兩次，相應(yīng)的磁開(kāi)關(guān)通斷兩次。磁路在由通到斷的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中的交鏈磁通量由間內(nèi)，輸出線圈中的交鏈磁通量由00變化到變化到0 0；磁路在由；磁路在由斷到通的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中的交鏈磁通量由斷到通的時(shí)間內(nèi)，輸

13、出線圈中的交鏈磁通量由0 0 變化到變化到0 0 ； 0 0由磁性標(biāo)尺中的磁信號(hào)決議，因此輸出線圈中由磁性標(biāo)尺中的磁信號(hào)決議，因此輸出線圈中輸出的是一個(gè)調(diào)幅信號(hào)。輸出的是一個(gè)調(diào)幅信號(hào)。靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 tUUtUUiicossinmm或勵(lì)磁電壓為勵(lì)磁電壓為: :v當(dāng)磁頭不動(dòng)時(shí)，輸出繞組輸出一等幅的正弦或余當(dāng)磁頭不動(dòng)時(shí)，輸出繞組輸出一等幅的正弦或余弦電壓信號(hào)，其頻率仍為勵(lì)磁電壓的頻率，其幅值弦電壓信號(hào)，其頻率仍為勵(lì)磁電壓的頻率，其幅值與磁頭所處的位置有關(guān)。與磁頭所處的位置有關(guān)。靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理

14、第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。由于剩當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。由于剩磁構(gòu)成的磁場(chǎng)強(qiáng)度按正弦波變化，從而獲取調(diào)制波，輸出磁構(gòu)成的磁場(chǎng)強(qiáng)度按正弦波變化，從而獲取調(diào)制波，輸出繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)tsUEsin2sinm1EE輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；UmUm輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值；輸出線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值；磁尺剩余信號(hào)的波長(zhǎng)磁化信號(hào)節(jié)距；磁尺剩余信號(hào)的波長(zhǎng)磁化信號(hào)節(jié)距；ss磁頭對(duì)磁性標(biāo)尺的位移量；磁頭對(duì)磁性標(biāo)尺的位移量；輸出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，是激磁電流輸出

15、線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，是激磁電流I I的頻率的的頻率的2 2倍。倍。 E和磁性標(biāo)尺與磁頭相對(duì)速度無(wú)關(guān)，而是由位移量和磁性標(biāo)尺與磁頭相對(duì)速度無(wú)關(guān)，而是由位移量S決議的決議的靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理靜態(tài)磁頭的義務(wù)原理 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)挪動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)挪動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處置方式也不同。采用的信號(hào)處置方式也不同。 動(dòng)態(tài)磁頭只需一組繞組，其輸出信號(hào)為正弦波，信號(hào)的處置方法也比較簡(jiǎn)單，只需將輸出信號(hào)放大整形，然后由計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)n，就可以丈量出位移量的大小。但這種方法丈量精度較低，而且不能判別

16、挪動(dòng)方向。 ns 第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 靜態(tài)磁頭普通用兩個(gè)，雙磁頭是為了識(shí)別磁柵的挪動(dòng)方向靜態(tài)磁頭普通用兩個(gè)，雙磁頭是為了識(shí)別磁柵的挪動(dòng)方向而設(shè)置的，二者之間間距為而設(shè)置的，二者之間間距為(n(n土土1/4)1/4) ，( (其中其中n n為正整數(shù)為正整數(shù), , 為磁信號(hào)節(jié)距為磁信號(hào)節(jié)距) )，也就是兩個(gè)磁頭布置成相位差，也就是兩個(gè)磁頭布置成相位差9090關(guān)系，關(guān)系，即兩者空間相位差即兩者空間相位差9090。 信號(hào)處置方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。信號(hào)處置方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器

17、鑒幅法鑒幅法 假設(shè)兩磁頭的鼓勵(lì)磁繞組加上同相的正弦鼓勵(lì)磁信假設(shè)兩磁頭的鼓勵(lì)磁繞組加上同相的正弦鼓勵(lì)磁信號(hào)號(hào)tsUEsin2sinm1tsUEsin2cosm2sUE2sinm1sUE2cosm2經(jīng)濾除高頻載波后，得到與位移量經(jīng)濾除高頻載波后，得到與位移量S S成比例的信號(hào)為：成比例的信號(hào)為：tUUisinm1那么兩磁頭的輸出信號(hào)為那么兩磁頭的輸出信號(hào)為它是利用輸出信號(hào)幅值大小來(lái)反映磁頭的位移量或磁尺相對(duì)它是利用輸出信號(hào)幅值大小來(lái)反映磁頭的位移量或磁尺相對(duì)位置的信號(hào)處置方式。位置的信號(hào)處置方式。第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 鑒相法鑒相法 假設(shè)兩磁頭的鼓勵(lì)磁繞組上施

18、加相位差為假設(shè)兩磁頭的鼓勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦鼓勵(lì)的正弦鼓勵(lì)信號(hào)，那么兩磁頭輸出信號(hào)變?yōu)椋盒盘?hào)，那么兩磁頭輸出信號(hào)變?yōu)椋簍sUEcos2sinm1tsUEsin2cosm2tsUEEE2sinm21 將兩個(gè)輸出線圈差動(dòng)銜接，那么輸出電動(dòng)勢(shì)為將兩個(gè)輸出線圈差動(dòng)銜接，那么輸出電動(dòng)勢(shì)為 上式闡明：鑒相處置后，電動(dòng)勢(shì)上式闡明：鑒相處置后，電動(dòng)勢(shì)E E的幅值是常數(shù)，相位的幅值是常數(shù)，相位正比于位移量正比于位移量x x，用電子線路判別相位角，即可獲得位，用電子線路判別相位角，即可獲得位移量及位移的方向。移量及位移的方向。它是利用輸出信號(hào)的相位大小反映磁頭的位移量或磁尺相對(duì)位它是利用輸出信號(hào)的相位

19、大小反映磁頭的位移量或磁尺相對(duì)位置的信號(hào)處置方式置的信號(hào)處置方式第二章 位移檢測(cè)傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 錄制方便，本錢低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不適宜時(shí)可抹去重錄制方便，本錢低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不適宜時(shí)可抹去重錄。錄。 運(yùn)用方便，可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵，因此可運(yùn)用方便，可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵，因此可防止安裝誤差。防止安裝誤差。 可方便地錄制恣意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時(shí)希望基準(zhǔn)可方便地錄制恣意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時(shí)希望基準(zhǔn)量中含有量中含有因子，可在節(jié)距中思索。因子，可在節(jié)距中思索。 磁柵位移傳感器有較高精度，目前可以作到系統(tǒng)精度達(dá)磁柵位移傳感器有較高精度，目前可以作到系統(tǒng)精度達(dá)0.0