淺析磁性編碼器的結(jié)構(gòu)組成和原理

淺析磁性編碼器的結(jié)構(gòu)組成和原理

磁性編碼器的最大優(yōu)勢(shì)可能是其堅(jiān)固性。與光學(xué)編碼器不同，磁性版本對(duì)灰塵，污垢，液體和油脂等污染物以及震動(dòng)和振動(dòng)不敏感。與光學(xué)編碼器類似，磁性編碼器確實(shí)需要在磁盤和傳感器之間留有氣隙。但是，磁性編碼器中的氣隙不需要像光學(xué)編碼器那樣清潔和透明。只要在磁盤和傳感器之間不存在任何含鐵材料，就會(huì)檢測(cè)到電磁脈沖。磁性編碼器正確運(yùn)行的兩個(gè)重要規(guī)范是傳感器相對(duì)于磁盤（或磁帶）的徑向位置以及傳感器與磁體之間的間隙距離。

磁性編碼器的主要部分由磁阻傳感器、磁鼓和信號(hào)處理終端組成。磁鼓被記錄在相同距離的小磁極中。磁極磁化后，磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探頭通過磁阻效應(yīng)將變化的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。在外部電勢(shì)的影響下，改變的電阻值被轉(zhuǎn)換為電壓的改變。在隨后的信號(hào)處理電路之后，模擬電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換成可由計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)磁性編碼器的編碼功能。



磁鼓磁化的目的是磁化磁鼓上的每個(gè)小磁極，這樣當(dāng)磁鼓隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鼓可以產(chǎn)生周期性的空間漏磁，該漏磁作用于磁阻以實(shí)現(xiàn)編碼功能。磁鼓的磁極數(shù)決定編碼器的分辨率。磁鼓磁極的均勻性和剩磁是決定編碼器結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。下圖：磁鼓表面的磁極分布。



磁阻傳感器由磁阻傳感器組成，可分為磁阻半導(dǎo)體器件和強(qiáng)磁磁阻器件。為了提高信號(hào)采樣的靈敏度并考慮差分結(jié)構(gòu)對(duì)敏感元件的溫度特性的補(bǔ)償效應(yīng)，在磁化間隔中蝕刻具有開路/2相位差的兩條帶以形成半橋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如下所示：



同時(shí)，為了提高編碼器的分辨率，可以平行于磁頭安裝幾個(gè)磁阻傳感器元件。當(dāng)施加電壓時(shí)，磁阻元件通過磁鼓的旋轉(zhuǎn)發(fā)射相應(yīng)的正弦波。原理很容易解釋：磁鼓產(chǎn)生的NS磁場(chǎng)呈圓形運(yùn)動(dòng)，磁阻元件制成的傳感器的電阻隨磁場(chǎng)的變化而變化，檢測(cè)到Sina和SinB兩種電壓波形。磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。磁阻傳感器分為兩組，距離為1/4 NS。正弦電壓波形可在Mr1、Mr2、Mr3和Mr4的觸點(diǎn)處檢測(cè)到。同樣的原理也適用于SinB電壓波形，可以在Mr1，Mr2，Mr3和Mr4的觸點(diǎn)上檢測(cè)到。




信號(hào)處理電路：Sina和SinB信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理電路后，必須將波形調(diào)整到CPU掃描范圍內(nèi)。首先，必須設(shè)置AB信號(hào)的DC電壓電平，使得AB信號(hào)的直流電平位于DSP-A/D采樣電壓范圍的中心，并且幅度不超過采樣電壓范圍。通過模擬濾波器和數(shù)字濾波器對(duì)高頻和諧波進(jìn)行濾波后，利用DSP的高速運(yùn)算能力實(shí)時(shí)計(jì)算位置和速度；此外，另一種處理方法是在進(jìn)行DSP之前，直接通過信號(hào)處理電路將Sina和SinB信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波。后者可以更方便地進(jìn)行軟件處理。

磁性旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率取決于磁盤周圍的磁極數(shù)和傳感器的數(shù)量。增量編碼器（無論是磁性編碼器還是光學(xué)編碼器）都使用正交輸出，并且可以使用X1，X2或X4編碼來進(jìn)一步提高分辨率。增量編碼器和絕對(duì)編碼器之間的主要區(qū)別在于，無論采用何種傳感技術(shù)，絕對(duì)版本都為每個(gè)測(cè)量位置分配了唯一的二進(jìn)制代碼或字。即使斷電，這也使他們能夠跟蹤編碼器的確切位置。

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