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磁性编码器结构及工作原理

文章来源:/  发布时间:2019/04/24    点击数:   如果有机会拆开一只磁性旋转编码器,通常会看到类似下图这样的内部结构。与一般的编码器(或Resolver)相比,磁性编码器有着相同的机械轴与外壳结构,但同时其位置检测机构却又显得非常简单,仅仅是安装在机械轴末端跟随轴旋转的一块小磁铁和编码器尾部的一块PCB线路板而已。磁性编码器是用用测量角度位移速度距离的新型传感器装置,今天我们一起来了解一下磁性编码器结构及磁编码器工作原理。
磁性编码器结构及工作原理
  磁性编码器结构

  磁性编码器主要部分由磁阻传感器、磁鼓、信号处理电路组成。将磁鼓刻录成等间距的小磁极,磁极被磁化后,旋转时产生周期分布的空间漏磁场。磁传感器探头通过磁电阻效应将变化着的磁场信号转化为电阻阻值的变化,在外加电势的作用下,变化的电阻值转化成电压的变化,经过后续信号处理电路的处理,模拟的电压信号转化成计算机可以识别的数字信号,实现磁旋转编码器的编码功能。

  磁鼓充磁的目的是使磁鼓上的一个个小磁极被磁化,这样在磁鼓随着电动机旋转时,磁鼓能产生周期变化的空间漏磁,作用于磁电阻之上,实现编码功能。磁鼓磁极的个数决定着编码器的分辨率,磁鼓磁极的均匀性和剩磁强弱是决定编码器结构和输出信号质量的重要参数。

  磁阻传感器是磁阻敏感元件做成,磁阻器件可以分为半导体磁阻器件和强磁性磁阻器件。为了提高信号采样的灵敏度,同时考虑到差动结构对敏感元件温度特性的补偿效应,一般在充磁间距λ内,刻蚀2个位相差为丌/2的条纹,构成半桥串联网络。

  同时,为了提高编码器的分辨率,可以在磁头上并列多个磁阻敏感元件,在加电压的情况下,磁阻元件通过磁鼓旋转输出相应正弦波。其原理可简单解释:磁鼓产生NS的磁场作圆周运动,磁阻元件做成的传感器随磁场变化电阻也随之变化,并感测出SinA,SinB两个电压波形。磁阻传感器的构造如图,由8个磁阻分为两组相距1/4 NS间距。在Mr1,Mr2与Mr3,Mr4的接点处可检出Sin电压波形,同样原理在Mr1‘,Mr2‘与Mr3‘,Mr4‘的接点处可检出SinB电压波形。

  从磁阻传感器输出的两路波形信号处理电路:SinA,SinB信号到达信号处理电路后,为了能在cpu取样的范围内,需对波形进行调整。首先AB相信号需先做DC电压准位调整,使AB相信号直流准位位于DSP A/D取样电压范围的中点,且振幅不超过取样电压范围,AB相信号再经过模拟滤波器及数字滤波器,将高频及谐波滤除后,通过DSP高速运算能力实时地将计算出位置和速度;另外还有一种处理方法是将SinA、SinB信号直接通过信号处理电路转换成方波后再进DSP。后者可能软件处理起来更方便一些。

  磁编码器工作原理

  磁编码器是一种新型的角度或者位移测量装置,其原理是采用磁阻或元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量,磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化,通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号,达到测量的目的。同心码道从磁编码器码盘的中心出发,向外扩展直到码盘外部,每一层码道都比其内层多了一倍的分区。第一层只有一个透光扇区和一个不透光扇区,位于中心的第二层就具有两个透光扇区和两个不透光扇区;而第三层码道的透光扇区和不透光扇区就各有四个。内置式感应头体积小,适用于小安装空间,并采用高保护等级设计,可使用于恶劣环境,在工业用场合可避免一般光学式环境污染的敏感性,增加系统长期稳定性。

  磁编码器由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差,将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别磁编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得的零位参考位。磁编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的。

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