磁栅式传感器论文

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1、第一章绪论在机械加工领域中，由于对零件加工精度要求的提高，对测量设备也提出了严格的要求，目前常用的测量设备是栅式测量系统。从上个世纪50年代到80年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅。这三种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势。目前直线光栅测量系统在栅式测量系统中的占有率已超过80%。由于现在常用的直线光栅测量系统存在测量准确度（精度）的问题、信号的处理及栅距的细分、光栅的参考标记和绝对坐标

2、等问题，在本领域中就需要一种新的测量技术和设备，能够克服直线光栅测量系统存在的问题，为此，我们提出一种基于磁栅传感器原理的轴径再线测量方法。带型长磁栅是目前国内生产的性能价格比较优的大量程线位移传感器。它能做得很长，使用长度可达到30m,甚至更长；而但不论是多长，它总是完整的一根。用户拿到手的带型长磁栅尺是一卷录制好的磁信号的金属带材，体积小，携带方便。安装使用时，用户只需把它整根地张紧在铁框架上就能使用，没有令人麻烦、技术含量较高的接长问题，极为方便。它的精度指标是：±20um/3ni（任意3m的区间精度为±20

3、um）,精度裕量很大，而且各区间的线形误差一致性都控制得很好。带型磁栅尺在录刻时它的精度数据是通过与激光干涉仪（每隔一个小的间隔）动态对比打印而得，精度数据可靠。由于长磁栅的带材和框架都是金属的，它们的线胀系数与工件基木一致，精度稳定性很好。对使用环境的要求很低。不怕油污（即使浸在机油中仍能正常工作），不怕铁屑，不怕粉尘。使用寿命长，调整方便，它在设计时已保证了磁带与磁头在工作区域内是脱开的（脱开约为0.05mm），因此从原理上讲它的使用寿命是无限的。在机械加工领域使用长磁栅传感器，一般都与在线测量相结合使用。在线

4、测量是由测量装置始终测量着工件的尺寸，并将其尺寸变化量随时传递给控制仪，再由控制仪发出信号控制机床的动作。由于它能使操作人员无需停机就能测量工件，减少了劳动强度，提高了生产效率，降低了废品率，同时加工出的工件尺寸一致性较高，特别适应于在大批量流水线工作中使用，如汽车零部件，轴承零件的加工等。随着工业的急速发展，在线测量得到了广泛的应用，同时对在线测量的要求也口亦提高。新型的在线圆度测量使用的量仪，将日本东京精密生产的PULC0MV10系列控制仪与两点式测量装置配套使用，可以在测量工件直径的同时，利用与圆度仪的半径法

5、相同的测量原理，用装置的下触头直接测量工件的圆度。该量仪的信号反映速度为1ms,工件转速在17〜999rpm范围内。旋转一周，可以测量到60〜3600个数据，通过屏幕可直观地显示工件的圆度值及波峰数。这种控制仪还能选定在工件即将加工到尺寸之前或到尺寸之后测量圆度值。它与传统的圆度仪测量相比有以下优点：在加工现场就能反映岀工件的圆度值，减轻了计量室检测的劳动符合；对于一些影响到工件质量的突发情况能及时起到监控作用，能直观地反映出机床运动的状况，从而缩短设备调整时间，提高工作效率。由于生产的需要，对工件的加工精度有了更

6、高的要求，我们把长磁栅传感器和在线测量结合在一起，提高牛产的工作效率，降低废品率。第二章磁栅式传感器的原理磁栅式传感器主要由磁栅和磁头组成。磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的电信号（正弦波或矩形波）用录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移转换成电信号。2.1磁栅2.1.1磁栅的结构磁栅结构如图2-1所示，磁栅基体1是用不导磁材料做成的，上面镀一层均匀

7、的磁性薄膜2,经过录磁，其磁信号排列情况如图中所示，要求录磁信号幅度均匀，幅度变化应小于10%,节距均匀。0前长磁栅常用的磁信号节距一般为0.05mm和0.02nini两种，圆磁栅的角节距一般为几分至几十分。图2-1磁栅的结构1-磁栅基体2-磁性薄膜磁栅基体1要有良好的加工性能和电镀性能，其线膨胀系数应与被测件接近，基体也常用钢制作，然后用镀铜的方法解决隔磁问题，铜层厚度约为0.15〜0.20mmo长磁栅基体工作面平直度误差应不大于0.005〜0.Olmm/m,圆磁栅工作面不圆度应不大于0.005〜O.Olmmo粗

8、糙度允在0.16um以下。磁性薄膜2的剩余磁感应强度氏要大、矫顽力丘要高、性能稳定、电镀均匀。目前常用的磁性薄膜材料为鎳钻磷合金，其5=0.7〜0.8T,必二6.37X10%•nA薄膜厚度在0.10〜0.20mm左右。2.1.2磁栅的类型磁栅分为长磁栅和圆磁栅两大类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。长磁栅又可分为尺型、带型和同轴型三种。一般常用尺型