磁性編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理

文章來源：http://www.hot-blast.com/  發(fā)布時(shí)間：2019/04/24    點(diǎn)擊數(shù)： 　　如果有機(jī)會(huì)拆開一只磁性旋轉(zhuǎn)編碼器，通常會(huì)看到類似下圖這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與一般的編碼器（或Resolver）相比，磁性編碼器有著相同的機(jī)械軸與外殼結(jié)構(gòu)，但同時(shí)其位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)卻又顯得非常簡(jiǎn)單，僅僅是安裝在機(jī)械軸末端跟隨軸旋轉(zhuǎn)的一塊小磁鐵和編碼器尾部的一塊PCB線路板而已。磁性編碼器是用用測(cè)量角度位移速度距離的新型傳感器裝置，今天我們一起來了解一下磁性編碼器結(jié)構(gòu)及磁編碼器工作原理。
　　磁性編碼器結(jié)構(gòu)

　　磁性編碼器主要部分由磁阻傳感器、磁鼓、信號(hào)處理電路組成。將磁鼓刻錄成等間距的小磁極，磁極被磁化后，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期分布的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探頭通過磁電阻效應(yīng)將變化著的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，在外加電勢(shì)的作用下，變化的電阻值轉(zhuǎn)化成電壓的變化，經(jīng)過后續(xù)信號(hào)處理電路的處理，模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼功能。

　　磁鼓充磁的目的是使磁鼓上的一個(gè)個(gè)小磁極被磁化，這樣在磁鼓隨著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鼓能產(chǎn)生周期變化的空間漏磁，作用于磁電阻之上，實(shí)現(xiàn)編碼功能。磁鼓磁極的個(gè)數(shù)決定著編碼器的分辨率，磁鼓磁極的均勻性和剩磁強(qiáng)弱是決定編碼器結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。

　　磁阻傳感器是磁阻敏感元件做成，磁阻器件可以分為半導(dǎo)體磁阻器件和強(qiáng)磁性磁阻器件。為了提高信號(hào)采樣的靈敏度，同時(shí)考慮到差動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)敏感元件溫度特性的補(bǔ)償效應(yīng)，一般在充磁間距λ內(nèi)，刻蝕2個(gè)位相差為丌／2的條紋，構(gòu)成半橋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

　　同時(shí)，為了提高編碼器的分辨率，可以在磁頭上并列多個(gè)磁阻敏感元件，在加電壓的情況下，磁阻元件通過磁鼓旋轉(zhuǎn)輸出相應(yīng)正弦波。其原理可簡(jiǎn)單解釋：磁鼓產(chǎn)生NS的磁場(chǎng)作圓周運(yùn)動(dòng),磁阻元件做成的傳感器隨磁場(chǎng)變化電阻也隨之變化，并感測(cè)出SinA，SinB兩個(gè)電壓波形。磁阻傳感器的構(gòu)造如圖，由8個(gè)磁阻分為兩組相距1/4 NS間距。在Mr1，Mr2與Mr3，Mr4的接點(diǎn)處可檢出Sin電壓波形，同樣原理在Mr1‘，Mr2‘與Mr3‘，Mr4‘的接點(diǎn)處可檢出SinB電壓波形。

　　從磁阻傳感器輸出的兩路波形信號(hào)處理電路：SinA，SinB信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理電路后，為了能在cpu取樣的范圍內(nèi)，需對(duì)波形進(jìn)行調(diào)整。首先AB相信號(hào)需先做DC電壓準(zhǔn)位調(diào)整，使AB相信號(hào)直流準(zhǔn)位位于DSP A/D取樣電壓范圍的中點(diǎn)，且振幅不超過取樣電壓范圍，AB相信號(hào)再經(jīng)過模擬濾波器及數(shù)字濾波器，將高頻及諧波濾除后，通過DSP高速運(yùn)算能力實(shí)時(shí)地將計(jì)算出位置和速度；另外還有一種處理方法是將SinA、SinB信號(hào)直接通過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換成方波后再進(jìn)DSP。后者可能軟件處理起來更方便一些。

　　磁編碼器工作原理

　　磁編碼器是一種新型的角度或者位移測(cè)量裝置，其原理是采用磁阻或元件對(duì)變化的磁性材料的角度或者位移值進(jìn)行測(cè)量，磁性材料角度或者位移的變化會(huì)引起一定電阻或者電壓的變化，通過單片機(jī)處理后輸出脈沖信號(hào)或者模擬量信號(hào)，達(dá)到測(cè)量的目的。同心碼道從磁編碼器碼盤的中心出發(fā)，向外擴(kuò)展直到碼盤外部，每一層碼道都比其內(nèi)層多了一倍的分區(qū)。第一層只有一個(gè)透光扇區(qū)和一個(gè)不透光扇區(qū)，位于中心的第二層就具有兩個(gè)透光扇區(qū)和兩個(gè)不透光扇區(qū)；而第三層碼道的透光扇區(qū)和不透光扇區(qū)就各有四個(gè)。內(nèi)置式感應(yīng)頭體積小，適用于小安裝空間，并采用高保護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)，可使用于惡劣環(huán)境，在工業(yè)用場(chǎng)合可避免一般光學(xué)式環(huán)境污染的敏感性，增加系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　磁編碼器由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差，將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別磁編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得的零位參考位。磁編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的。