磁栅位移传感器 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。

磁栅尺位移传感器技术解密

在自动化设备设计中，基于磁栅尺位移传感器的传感器技术是为数不多的精密位移检测有效解决方案，特别适用于检测行程较长、测量控制要求较高、工况较为复杂的大型机床安装使用。磁栅尺位移传感器的设计原理较为简单，安装使用方便，抗干扰能力强，对外界粉尘、水污、油污不敏感，耐高低温性能与抗振动、冲击性能也十分突出，在数控机床、精密机床上应用广泛。

米朗新型磁栅尺位移传感器与配套常用位移数显表

磁栅位移传感器是一种采用录磁原理设计的高精度位移传感器，传感器由磁性标尺（简称磁尺）、读磁头与检测电路组成，依据电磁感应检测磁波的数目实现位移测量与位置定位。安装使用中，读磁头将磁尺上的磁信号转换为可计量的电信号，经检测电路传输给数显装置或者自动化设备数控系统，满足自动化检测的需要。

（1）磁尺

磁尺是磁栅尺位移传感器的重要组成结构，为传感器位移测量与位置定位提供检测的基准参照。磁尺由非导磁材料钢带（常为不锈钢材质）、导磁材料与塑化保护层组成。钢带为基体，经涂覆、化学沉淀或者电镀导磁材料薄膜，在再磁性材料上层上覆塑化保护层，保护磁尺在使用中读磁头对磁性材料的磨损。磁尺录磁时，先将磁尺固定，磁头根据一定波长的基准信号，以一定的速度运行并流过一定频率的等效电流，这样磁尺上就录上了等间距的磁化信号，磁信号以NS-SN-NS的次序排列，因此磁栅尺位移传感器的磁场强度呈周期性变化，磁信号的间距规格多样，不同磁信号间距的磁尺检测精度也各不相同，直接影响了自动化设备的测量控制效果。

（2）读磁头

读磁头是进行磁-电转换的转换装置，它把记录在磁尺上磁化信号转换为电信号输送到检测电路中，实现位移测量或者位置定位。读磁头也是磁栅尺位移传感器的关键元件，主要有励磁绕组和信号输出绕组组成，读磁头通过励磁绕组供给的激励电压，将检测到的磁信号转换为脉冲信号，用于动态或者静态测量。

磁栅尺位移传感器是检测精度较高的高精度位移传感器，传感器测量精度远高于电位计原理直线位移传感器、拉绳位移传感器、磁致伸缩位移传感器等长行程测量常用位移传感器，比光栅尺位移传感器稍低。但是，磁栅尺位移传感器在使用中不受现场光照强度、水污、油污、粉尘等因素影响，抗震动抗冲击性能也远远高于光栅尺位移传感器，在自动化设备中常用于光栅尺位移传感器替代产品。

磁栅尺位移传感器与光栅尺位移传感器同样输出ABZ相脉冲信号，可以共用显示仪表与采集系统。不过光栅尺位移传感器常用的是绝对值型位移传感器，光栅尺位移传感器为增量型位移传感器。设备作业中突然断电，再供电重启后，绝对值型光栅尺位移传感器可保留断电前检测数据，增量型磁栅尺位移传感器检测数据归零。这一点是磁栅尺位移传感器与光栅尺位移传感器最主要的区别。

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