单对磁极磁编码器的信号获取方案.pdf

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1、2011年仪表技术与2Ol1第3期InstrumentTechniqueNo．3单对磁极磁编码器的信号获取方案曾一凡，曹春琴(沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：磁编码器相对于光电编码器而言，具有结构简单且不受外界环境影响等优势，但其精度和分辨率较低。针对单对磁极磁编码器，设计了新型的磁体结构，对磁体周围的磁场分布及变化规律进行了理论推导及有限元分析，其中理论推导是从磁偶板子的磁场强度出发的，有限元分析采用的是ANSYS软件。进一步结合实验论证，确定了合适的信号获取方案，为后续的信

2、号处理奠定了良好的基础。关键词：磁编码器；单对磁极；有限元分析；磁场分布中图分类号：TH86文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)03—0006—03SignalAcquirementMethodofSinglePair-PoleEncoderZENGYi—fan，CAOChun—qin(CollegeofInformationScienceandEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract

3、：Comparedwiththeopticalencoder，magneticeneoderhastheadvantagesofsimplestructureanditcanbelessaf-fectedbytheexternalinfluences，butithasloweraccuracyandresolution．Forthesingle-polemagneticencoder，thispaperdesignedanewmagnetstructure．Andthemagnetic—fielddist

4、ributionandthelawaroundmagnetwasdeducedontheoryandanalyzedbyfi-niteelementanalysis，aboutthesectionofthetheory，itisderivedfromthemagneticdipolefieldstrength，usedANSYStofiniteele—mentanalysis．Thencalculatedwiththeresultsoftheexperimen，itwassodetailedthatcan

5、betheappropriatesignalfortheitpro—gramdetermined．Thus，thedesignlaysagoodfoundationforthesubsequentsignalprocessing．Keywords：magneticencoder；singlepair—pole；finiteelementanalysis；magnetic-fielddistribution0引言码器分辨率，但这两种方案由于工艺复杂、制作成本高，不利于磁编码器可将旋转角位置，角位移及角速度等

6、物理量转换推广应用。对于单对磁极磁编码器的研究，目前主要采用了径为电信号，近年来发展很快。在工程实践中，光电编码器应用向充磁的磁钢环，通过理论推导以及ANSYS分析了磁钢环周较多，其技术成熟且分辨率和精度较高。但光电式编码器容易围的磁场分布，磁敏元件由2个增加为6个，每组磁敏元件的破碎，光器件的使用寿命有限，对于水、尘埃等恶劣环境适应性输出经差分后作为输出信号，尽管原始电压信号的质量有了差，成本高，实现小型且同时达到高分辨率则比较困难I2J。一定的提高，但其精度不够，且对磁钢环周围磁场分布进行理磁编码器容

7、易实现磁阻元件的精确组合，体积小，不受水汽、粉论推导时是将其等效为条形磁体进行简单的分析。尘等的影响。相对于光电式编码器，其响应速度快，结构简单，综合上述文献分析，可知对于多对磁极磁编码器，其制作但分辨率和精度较低。在未来应用系统中，磁电式编码器的用工艺复杂，性价比不易提高。针对单对磁极磁编码器，设计了量将逐渐增多。一种新型的磁体结构，从磁偶极子的磁场强度分析出发对该磁由于磁编码器分辨率和精度较低，提高其分辨率是近些年体周围磁场分布及变化情况进行了理论推导和有限元ANSYS来国内外的研究重点。目前，对于多

8、对磁极磁编码器的研究，仿真分析，得到更为严密的分析结果，进一步结合相应的实验主要方法有增加磁极数量、增加磁鼓半径、制作性能良好验证，确定了合适的信号获取方案。通过该方案，最终能够得的磁鼓以及改善磁鼓表面的充磁J。文献[4]对采用48对到两路正交的正余弦信号，有利于后续信号的处理。磁极和96对磁极时感应信号的差异进行了比较试验研究，表1磁场分布的理论分析明感应信号质量的好坏与磁极数量成正比；文献[5]发现对于首先制作半径为R，厚