《大位移传感器》ppt课件

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1、大位移传感器磁栅式传感器、光栅式传感器、感应同步器、激光式位移传感器5.5磁栅传感器1磁栅的结构磁栅传感器由磁栅（简称磁尺）、磁头和检测电路组成。磁尺是用非导磁性材料做尺基，在尺基的上面镀一层均匀的磁性薄膜，然后录上一定波长的磁信号而制成的。磁信号的波长（周期）又称节距，用W表示。磁信号的极性是首尾相接，在N、N重叠处为正的最强，在S、S重叠处为负的最强。磁尺的断面和磁化图形如图5-7所示。磁栅传感器磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可超过十几米，抗干扰能力强。磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。长

2、磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示图5-7磁栅传感器示意图5.4.2磁栅的工作原理这里以静态磁头为例，简要说明磁栅传感器的工作原理。静态磁头的结构如图5-7所示，它有两组绕组N1和N2。其中，N1为励磁绕组，N2为感应输出绕组。在励磁绕组中通入交变的励磁电流，一般频率为5kHz或25kHz，幅值约为200mA。励磁电流使磁芯的可饱和部分（截面较小）在每周期内发生

3、两次磁饱和。磁饱和时磁芯的磁阻很大，磁栅上的漏磁通不能通过铁芯，输出绕组不产生感应电动势。只有在励磁电流每周两次过零时，可饱和磁芯才能导磁，磁栅上的漏磁通使输出绕组产生感应电动势e。可见感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍，而e的包络线反映了磁头与磁尺的位置关系，其幅值与磁栅到磁芯漏磁通的大小成正比。图9－86磁通响应型单拾磁磁头结构(a)磁场分布；(b)磁头结构鉴相型磁栅数显表的原理框图磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。设置两个磁头的意义何在？双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结

4、构如图9－87所示。两磁头按(m±1／4)λ配置（m为正整数），它们的输出电压分别是由于单磁头读取磁性标尺上的磁化信号输出电压很小，而且对磁尺上磁化信号的节距和波形要求高，因此可将多个磁头以一定的方式串联起来形成多间隙磁头，如图9－88所示。图9－87双磁头结构图9－88多间隙磁头磁栅测量系统压板磁头磁尺磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁头安装在何处？光栅传感器1光栅的类型与结构实际应用的光栅有透射光栅和反射光栅，按其工作原理可分为黑白光栅（幅射光栅）和相位光栅（炫耀光栅）；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。

5、如图5-8所示，黑白透射直线光栅是在镀有铝箔的光学玻璃上，均匀地刻上许多明暗相间，宽度相同的透光线，称为栅线。设栅线宽为a，线间缝宽为b，a+b=W称为光栅节距(栅距)。通常a=b=W/2，也可刻成a∶b=1.1∶0.9；目前常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250线。使用时，长光栅装在运动部件上，称为标尺光栅;短光栅装在固定部件上，称为指示光栅。反射式光栅透射式光栅透射式圆光栅固定长光栅---直线位移；圆光栅---角位移构成：主光栅---标尺光栅，定光栅；指示光栅---动光栅长度---测量范

6、围；刻线密度---测量精度(10、25、50、100、125线/mm)长光栅圆光栅工作原理：（透射光栅）§6-2常用典型位置检测装置标尺光栅指示光栅标尺光栅固定在机床活动部件上指示光栅安装在读数头内2.光栅读数头b.敞开式光栅尺a.封闭式光栅尺c.长度计（六）光栅产品简介尺身尺身安装孔反射式扫描头（与移动部件固定）扫描头安装孔可移动电缆光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅扫描头（与移动部件固定）光栅尺可移动电缆光栅的外形及结构（续）5.5.2莫尔条纹的形成原理与特点1.莫尔条纹的形成原理按照光学原理，

7、对于栅距远大于光波长的粗光栅，可以利用几何光学的遮光原理来解释莫尔条纹的形成。如图5-9所示，当两个有相同栅距的光栅合在一起，其栅线之间倾斜一个很小的夹角θ，于是在近乎垂直于栅线的方向上出现了明暗相间的条纹。例如在h-h线上，两个光栅的栅线彼此重合，从缝隙中通过光的一半，透光面积最大，形成条纹的亮带；在g-g线上，两光栅的栅线彼此错开，形成条纹的暗带；当a=b=W/2时，g-g线上是全黑的。图5-9莫尔条纹原理（a）莫尔条纹的形成；（b）莫尔条纹的宽度2.莫尔条纹的宽度横向莫尔条纹的宽度B与栅距W和倾斜

8、角θ之间的关系，可由图5-9（b）求出（当θ角很小时）：（5-5）3.莫尔条纹的特点式（5-5）说明莫尔条纹具有以下特点：（1）对位移的光学放大作用：即把极细微的栅线放大为很宽的条纹，便于测试。例如θ=10′，则，若W=0.01mm,则B=3.34mm。（2）连续变倍的作用：其放大倍数可通过使θ角连续变化，从而获得任意粗细的莫尔条纹。（3）对光栅刻线的误差均衡作用：光栅的刻线误差是不可避免的。由于莫尔条纹是由大量栅线共同组