磁栅式传感器 磁栅式传感器

磁栅式传感器

磁栅式传感器利用磁栅与磁头的磁作用进行测量位移的传感器。具有制作简单，安装调整方便，对使用环境的条件要求低，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。

磁栅位移传感器工作原理是电磁感应原理,当线圈在一个周期性磁体表面附近匀速运动时,线圈上就会产生不断变化的感应电动势。感应电动势的大小,既和线圈的运动速度有关,还和磁性体与线圈接触时的磁性大小及变化率有关。根据感应电动势的变化情况就可获得线圈与磁体相对位置和运动的信息。

磁栅位移传感器由磁尺(磁栅)、磁头和检测电路组成。其结构如图:

图一：1—磁尺；2—尺基；3—磁性薄膜；4—铁心；5—磁头

先将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。当磁头与磁尺左右相对移动时，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。

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薄膜（导磁材料），然后录上一定波长的磁信号。录制磁信息时，要使标尺固定，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。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，如下图。磁化信号的节距一般为0.05mm,0.1mm,0.2mm,1mm等几种。

图二

当需要时，可将原来的磁信号(磁栅)抹去，重新录制。还可以安装在被测‬物体‬后再录制磁信号，这对于消除安装误差和被测物体‬本身的几何误差，以及提高测量精度都是十分有利的。并且可以采用激光定位录磁，而不需要采用感光、腐蚀等工艺,因而精度较高,可达±0.01毫米/米，分辨率为1~5微米。

按照基体的形状，磁尺可分为长磁栅（测量直线位移）和圆磁栅（测量角位移）。长磁栅又可分为尺型、带型和同轴型。

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，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。

1） 动态磁头上只有一个输出绕组，只有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,所以这种磁头只能用于动态测量。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。

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。

图三：N1即为励磁绕组，N2为输出绕组

为了识别磁栅的移动方向，一般需要设置双磁头，如图一所示。为了增大输出，实际使用时常采用多间隙磁头。多间隙磁头的输出是许多个间隙磁头所取得信号的平均值，有平均效应作用，因而可提高测量精度。

图四：多间隙磁头

以上为磁栅式传感器原理方面的一些简要介绍，希望对大家有所帮助。

超越科技的未来：磁栅式传感器革新

磁栅式传感器：原理、结构和应用磁栅式传感器是一种利用磁栅与磁头的磁作用进行测量位移的传感器。它具有制作简单、安装调整方便、对使用环境条件要求低、磁场抗干扰能力强、稳定性好、测量范围宽、测量精度高等优点，因此在数控机床、精密机床等领域得到广泛应用。本文将介绍磁栅式传感器的工作原理、磁尺和磁头的结构以及不同类型的磁头的特点。磁栅位移传感器的工作原理基于电磁感应。当线圈在一个周期性磁体表面附近匀速运动时，线圈上就会产生不断变化的感应电动势。感应电动势的大小与线圈的运动速度以及磁性体与线圈接触时的磁性大小及变化率有关。通过检测感应电动势的变化情况，可以获取线圈与磁体相对位置和运动的信息。磁栅位移传感器由磁尺（磁栅）、磁头和检测电路组成。磁尺是在非导磁材料的基体上涂覆、化学沉淀或电镀上一层薄膜（导磁材料），然后录制一定波长的磁信号。

磁尺的形状和加工精度要求较高，常见的形状有尺型、带型和同轴型。尺型磁尺在工作中，磁头架沿磁尺的基准运动，磁头不与磁尺接触；带型磁尺固定在屏蔽壳体内，并以预紧力将其绷紧在框架或支架中，以减少温度对测量精度的影响；同轴型磁尺则通过在直径为2mm的青铜丝上镀以磁膜来实现。不同形状的磁尺适用于不同的测量场合。磁头是进行磁-电转换的关键元件，它将记录在磁尺上的磁化信号转换为电信号，并传输到检测电路中进行处理。根据读取信号方式的不同，磁头可分为动态磁头和静态磁头。动态磁头只有在磁头与磁尺相对运动时才有信号输出，适用于动态测量；而静态磁头则设计有两个绕组，一个是励磁绕组，用于供给磁头激励电压，另一个是信号输出绕组，用于将磁头检测到的信号转换为脉冲信号输出。在数控机床等应用中，为了能够在低速运动甚至静止时检测出磁尺上的磁化信号，一般采用静态磁头，如多间隙磁头。

多间隙磁头的输出是多个间隙磁头信号的平均值，从而提高了测量精度。磁栅式传感器的优点在于其制作简单、安装调整方便、抗干扰能力强等特点，使其在工业应用中得到广泛应用。它可以实现对位移的高精度测量，满足精密机床等高要求的测量需求。而且，磁栅式传感器还具有较宽的测量范围，可适应不同场合的测量需求。在今后的发展中，磁栅式传感器有望进一步提高测量精度和稳定性，以满足工业自动化的高精度测量要求。总之，磁栅式传感器是一种利用磁栅与磁头的磁作用进行测量位移的传感器。它的工作原理基于电磁感应，通过记录在磁尺上的磁化信号，并利用磁头将其转换为电信号，从而实现对位移的测量。磁栅式传感器具有制作简单、安装调整方便、抗干扰能力强等优点，在工业应用中得到广泛应用。随着技术的进步，磁栅式传感器的测量精度和稳定性还有望进一步提高。

在未来的发展中，我们可以期待更多的创新和进步，为工业自动化的高精度测量提供更好的解决方案。 有关磁栅式传感器的应用和技术发展，您有什么看法和建议呢？是否还有其他类型的传感器在工业应用中发挥重要作用？欢迎留言讨论！

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