磁栅及磁阻位移测量装置

机器人

一、磁栅结构     磁栅位置测量装置由磁性标尺、磁头和检测电路组成，按其结构可分为直线磁栅和圆形磁栅，分别用于直线位移和角位移的测量。相对光栅而言，磁栅安装调整方便，对使用环境的条件要求较低，在油污、粉尘较多的场合下使用有较好的稳定性，常用于机床坐标轴的数字显示和数控机床的位置检测。图2-18为直线磁栅外观示意图。

2-18

      在图2-18中，尺身中有磁性标尺，滑尺中有拾磁磁头，测量信号经接口输出至数显装置或控制系统。      1、磁性标尺      磁性标尺采用不导磁材料作基体，在上面镀一层10-30μm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜。再用录磁磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，用作测量基准。信号可为正弦波、方波等。节距通常为0.05mm、0.1mm、0.2mm，在磁尺表面还要涂上一层1-2μm厚的保护层，以防磁膜磨损。磁性标尺按基体形状分。在带状磁尺、线状磁尺和圆形磁尺，如图2-19所示。

2-19

       带状磁尺的特点是，带状磁尺固定在低碳钢做的屏蔽壳体内，并以一定的预紧力绷紧在框架或支架中，框架固定在机床上，使带状磁尺同机床一起胀缩，从而减少温度对测量精度的影响；线状磁尺的特点是线状磁尺在磁头中间，与磁头同轴，两者之间具有很小的间隙，由于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；圆形磁尺的特点是，磁尺做成圆形磁盘或磁鼓形状，磁头和带状磁尺的磁头相同，圆形磁尺主要用来检测角位移。       2、拾磁磁头       拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把磁尺上的磁化信号检测出来变成电信号送给测量电路。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。磁头由铁心、两个串联的励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成，图2-20所示为磁通响应型磁头示意图，两磁头按（m±1/4）λ配置，m为正整数时，λ/4节距相当于90°电气角。  

2-20

   二、工作原理        高频励磁电流通过励磁绕组，在磁冰龙上产生磁通，当磁头靠近磁尺时，磁心上的磁信号产生的磁通经过磁头铁心，并被高频励磁电流产生的磁通所调制，从而在拾磁绕组中产生感应电压。        根据检测方法的不同，磁栅检测也可分为鉴相测量和鉴幅测量，以鉴相式应用较多。以双磁头相位检测为例，给两个磁头通以频率相同、相位差л/2的励磁电流，正向移动，则在两个磁头的拾磁绕组中分别输出感应电压u和u   

磁栅及磁阻位移测量装置

          从式（2-1）和式（2-2）中可以看出，输出电压的相位随磁头相对于磁尺位移量 x的变化而变化。因此，根据输出电压相位的变化，可以测量出磁栅的位移量；相位的正负表示正反运动方向。 三、磁阻位移测量        磁阻位移测量装置是近年来发展起来的一种新型位移传感器，它是利用磁敏电阻随磁场强度大小的变化而引起阻值的改变来实现位移测量的，图2-21为磁阻位移测量示意图。

2-21

        磁阻位移测量装置具有很好的持久精度，简化了结构，便于装配和调整，在图2-21中，导轨除了导向和支承功能外，还具有直线位移测量功能。       磁性标尺紧贴在导轨侧壁上，并随导轨固定在机床床身上；检测头固定在滑块上，检测头中有磁敏电阻和信号处理电路等，滑块和工作台等移动部件连接在一起。当工作台移动时，检测头将位移信号通过电缆输出。图2-22所示为磁阻位移测量装置的工作原理。

2-22

        在图2-22a中，磁性标尺上的磁性材料按一定间距λ排列，检测头磁铁产生的磁力线穿过两个磁敏电阻，与标尺上磁性材料构成磁回路。因为磁性材料呈断续分布，检测头在运动过程中，磁敏电阻上的磁场强度发生改变，所以磁敏电阻的阻值也随之变化，每移动一个λ距离，阻值变化一次，如图2-22b所示。磁敏电阻的变化值经信号处理电路整形、放大，转换成脉冲信号，作为位移测量信号。两个磁敏电阻相距1/4λ的整数倍，使各自输出的脉冲相伴差90°，用于辨向。        因为磁阻位移测量装置中的磁敏电阻不需要复杂的交流激励源，和磁栅相比，具有很高的响应速度，很适合在调整数控机床中进行位移测量。