感应同步器磁栅传感器精.ppt

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1、感应同步器磁栅传感器感应同步器磁栅传感器第1页，本讲稿共17页 直线式感应同步器的直线式感应同步器的结构特点结构特点：由定尺和滑尺两部分组成，在定尺和由定尺和滑尺两部分组成，在定尺和滑尺上腐蚀成印刷电路绕组滑尺上腐蚀成印刷电路绕组。工作原理工作原理：一般情况下，首先用一般情况下，首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为称为印制电路绕组印制电路绕组。第2页，本讲稿共17页 定尺和滑尺上的绕组分布是不相同定尺和滑尺上的绕组分布是不相同的。

2、在定尺上的是连续绕组，在滑尺上的。在定尺上的是连续绕组，在滑尺上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差相角，又称为正、余布置成在空间相差相角，又称为正、余弦绕组。弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。利用交变电磁场和互感原理工作。第3页，本讲稿共17页 安装时，定尺和滑尺上的平面绕组面安装时，定尺和滑尺上的平面绕组面对面地放置。工作时，如果在其中一种绕对面地放置。工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，

3、组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势。在另一种绕组上就产生感应电动势。该电动势随定尺与滑尺的相对位置不该电动势随定尺与滑尺的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。再通过对此信同呈正弦、余弦函数变化。再通过对此信号的检测处理，便可测量出直线的位移量。号的检测处理，便可测量出直线的位移量。第4页，本讲稿共17页 鉴幅方式：（特征是用输出感应电动势的鉴幅方式：（特征是用输出感应电动势的幅值来进行处理信号幅值来进行处理信号）在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相同、相位差为同、相位差为90的交流电压励磁，即正弦的交流电压励磁，即正弦绕组励磁电压绕

4、组励磁电压us、余弦绕组励磁电压、余弦绕组励磁电压uc。两。两个励磁绕组分别在定尺绕组上感应出电动个励磁绕组分别在定尺绕组上感应出电动势，其值分别为势，其值分别为es、ec。按叠加原理求得定尺总感应电动势为按叠加原理求得定尺总感应电动势为 e=es+ec第5页，本讲稿共17页 称为感应电动势的相位角。称为感应电动势的相位角。表示电表示电磁耦合系数。实际中设计了一个这样的电路磁耦合系数。实际中设计了一个这样的电路系统，每当位移系统，每当位移 超过一定值（例如超过一定值（例如0.01mm），就使的幅值超过某一预先调定），就使的幅值超过某一预先调定的门槛电平，发出一个脉冲，并利用这个脉的门槛电平，发

5、出一个脉冲，并利用这个脉冲去自动地改变励磁电压幅值冲去自动地改变励磁电压幅值 和和 ，使，使新的新的 跟上新的跟上新的 ，这样便把位移量转换，这样便把位移量转换成数字量，从而实现了对位移的数字显示。成数字量，从而实现了对位移的数字显示。第6页，本讲稿共17页第四节 磁栅传感器 磁栅价格低于光栅，且录磁方便、磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可易于安装，测量范围宽可超过十几米超过十几米，抗干扰能力强。磁栅可分为抗干扰能力强。磁栅可分为长磁栅长磁栅和和圆磁圆磁栅栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆。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。磁栅传感器磁栅主要用于角位移测量

6、。磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。第7页，本讲稿共17页 磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的电磁带录音的原理将等节距的周期变化的电信号信号(正弦波或矩形波正弦波或矩形波)用录磁的方法记录用录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把磁头把磁栅上的磁信号读出来，

7、这样就把被测位置或位移转换成电信号。被测位置或位移转换成电信号。第8页，本讲稿共17页一、磁栅结构一、磁栅结构一、磁栅结构一、磁栅结构（一）磁尺（一）磁尺（一）磁尺（一）磁尺 磁栅基体是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁栅基体是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁栅基体是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁栅基体是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁性薄膜，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要磁性薄膜，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要磁性薄膜，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要磁性薄膜，经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于求录磁

8、信号幅度均匀，幅度变化应小于求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于1010，节距均匀。，节距均匀。，节距均匀。，节距均匀。目前长磁栅常用的磁信号节距目前长磁栅常用的磁信号节距目前长磁栅常用的磁信号节距目前长磁栅常用的磁信号节距WW一般为一般为一般为一般为0.05mm和和和和0.02mm0.02mm两种。两种。两种。两种。（二）磁头（二）磁头（二）磁头（二）磁头 磁栅上的磁信号由读取磁头读出，按读取信号磁栅上的磁信号由读取磁头读出，按读取信号方式的不同，磁头可分为动态磁头与静态磁头两种。方式的不同，磁头可分为动态磁头与静态磁头两种。第9页，本讲稿共17页（1）动态磁

9、头）动态磁头 动态磁头为非调制式磁头，又称速度动态磁头为非调制式磁头，又称速度响应式磁头，它只有一组线圈。当磁头与磁响应式磁头，它只有一组线圈。当磁头与磁栅之间以一定的速度相对移动时，由于电磁栅之间以一定的速度相对移动时，由于电磁感应将在磁头线圈中产生感应电动势。当磁感应将在磁头线圈中产生感应电动势。当磁头与磁栅之间的相对运动速度不同时头与磁栅之间的相对运动速度不同时,输出输出感应电动势的大小也不同感应电动势的大小也不同,静止时，就没有静止时，就没有信号输出。因此它不适合用于长度测量。信号输出。因此它不适合用于长度测量。读出信号为正弦信号，在读出信号为正弦信号，在N处为正的最处为正的最强，强，

10、S处为负的最强。处为负的最强。第10页，本讲稿共17页（2）静态磁头）静态磁头 静态磁头是调制式磁头，又称磁通响静态磁头是调制式磁头，又称磁通响应式磁头。它与动态磁头的根本不同之处在应式磁头。它与动态磁头的根本不同之处在于，在磁头与磁栅之间没有相对运动的情况于，在磁头与磁栅之间没有相对运动的情况下也有信号输出。下也有信号输出。由此可见，静态磁头的磁栅是利用它由此可见，静态磁头的磁栅是利用它的漏磁通变化来产生感应电动势的。静态磁的漏磁通变化来产生感应电动势的。静态磁头输出信号的频率为励磁电源频率的两倍，头输出信号的频率为励磁电源频率的两倍，其幅值则与磁栅与磁头之间的相对位移成正其幅值则与磁栅与磁

11、头之间的相对位移成正弦（或余弦）关系。弦（或余弦）关系。第11页，本讲稿共17页 静态磁头一般总是成对使用，即静态磁头一般总是成对使用，即用两个间距为（用两个间距为（n1/4）W的磁头，的磁头，其中其中n为正整数，为正整数，W为磁信号节距，为磁信号节距，也就是两个磁头布置成在空间相差也就是两个磁头布置成在空间相差90。第12页，本讲稿共17页磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示第13页，本讲稿共17页鉴相型磁栅数显表的原理框图 磁尺与磁头接触，使用寿命磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。不如光栅，数年后易退磁。设置两个磁头的设置两个磁头的意义何在？意义何在？第14页，本讲稿共17页磁栅的外形及结构磁尺磁尺静态磁头静态磁头去信号处理电路去信号处理电路固定孔固定孔第15页，本讲稿共17页磁栅测量系统压板压板磁头磁头磁尺磁尺第16页，本讲稿共17页磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁尺第17页，本讲稿共17页