[科普中國(guó)]-磁柵檢測(cè)

磁柵檢測(cè)是指利用磁柵為傳感器的一種檢測(cè)方法，具有檢測(cè)精度高等特點(diǎn)。磁柵的檢測(cè)方法也可有鑒幅法和鑒相法兩種。在數(shù)控機(jī)床中通常使用鑒相法。

簡(jiǎn)述磁柵檢測(cè)技術(shù)已有三十余年的發(fā)展歷史，它主要用于磁分度以及齒輪、絲桿傳動(dòng)鏈誤差的動(dòng)態(tài)測(cè)量等方面。尤其是在某些特殊情況或環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合下，磁柵檢測(cè)技術(shù)顯示了它特有的機(jī)動(dòng)性和靈活性。因此，磁柵檢測(cè)技術(shù)仍是精密檢測(cè)技術(shù)及數(shù)控機(jī)床檢測(cè)方面的一個(gè)重要手段。

磁柵傳感器主要由磁柵和磁頭組成。磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它相當(dāng)予一把磁尺。磁柵傳感器工作時(shí)，磁頭相對(duì)于磁柵作相對(duì)位移。在位移過程中，磁頭把磁柵上的磁信號(hào)檢測(cè)出來，這樣就把檢測(cè)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。1

結(jié)構(gòu)磁柵(又稱磁尺)也是一種電磁檢測(cè)裝置。它利用磁記錄原理，將一定波長(zhǎng)的矩形波或正弦波信號(hào)用磁頭記錄在磁性標(biāo)尺的磁膜上，作為測(cè)量基準(zhǔn)。檢測(cè)時(shí)，磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過檢測(cè)電路將磁頭相對(duì)于磁性標(biāo)尺的位置或位移量用數(shù)字顯示出來或轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)輸入給數(shù)控機(jī)床。

磁柵傳感器由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路三部分組成。磁性標(biāo)尺是在不導(dǎo)磁材料(如玻璃、銅或其他合成材料)的基體上，采用涂敷、化學(xué)沉淀或電鍍等方法覆蓋上一層1～2 txrn厚的磁性材料，形成一層均勻的磁性薄膜，然后采用錄磁的方法在磁性薄膜上錄上等距離的周期性的磁化信號(hào)。

讀取磁頭是進(jìn)行磁一電轉(zhuǎn)換的變換器，它把記錄在磁性標(biāo)尺上的磁化信號(hào)檢測(cè)出來送至檢測(cè)線路，其原理與錄音磁帶的原理相同。但錄音磁帶的磁頭(稱為速度響應(yīng)型磁頭)只有和磁帶之間有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，才能檢測(cè)出磁化信號(hào)。這種磁頭只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。而檢測(cè)數(shù)控機(jī)床位置時(shí)，閱讀速度是各種各樣的，在低速甚至靜止時(shí)也必須能夠進(jìn)行閱讀，為此采用磁通響應(yīng)型磁頭。磁通響應(yīng)磁頭是在速度響應(yīng)型磁頭的鐵心回路中，加入帶有勵(lì)磁線圈的飽和鐵心，在勵(lì)磁線圈中通以高頻勵(lì)磁電流，使讀取線圈的輸出信號(hào)振幅受到調(diào)制。

磁尺中勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過零，兩次出現(xiàn)峰值，相應(yīng)磁開關(guān)通斷各兩次。輸出線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓輸出，即

式中：U0一感應(yīng)電壓幅值；

λ—磁性標(biāo)尺節(jié)距；

x一選定某一N極作為位移零點(diǎn)時(shí)，x為磁頭對(duì)磁性標(biāo)尺的位移量；

ω——輸出線圈感應(yīng)電壓的頻率，它比激磁電流的頻率ω0高一倍。2

原理在進(jìn)行位置檢測(cè)時(shí)，為了在低速甚至靜止時(shí)也能得到位置信號(hào)，必須采用磁通響應(yīng)型磁頭(又叫磁調(diào)制式磁頭)。磁通響應(yīng)型磁頭由鐵芯、勵(lì)磁繞組w，輸出繞組組成。磁通響應(yīng)型磁頭有兩組繞組，即繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上的勵(lì)磁繞組W1和繞在磁路截面尺寸較大的豎桿上的輸出繞組W2，當(dāng)對(duì)W1施加勵(lì)磁電流in時(shí)，在in的瞬時(shí)值大于某一個(gè)數(shù)值以后，橫臂的鐵心材料飽和，這時(shí)磁阻很大，磁路被阻斷，磁性標(biāo)尺的磁通不能通過磁頭閉合，輸出線圈W1與勵(lì)磁繞組0不交鏈。當(dāng)in的瞬時(shí)值小于某一個(gè)數(shù)值時(shí)，所感生的磁通也隨之降低，兩根橫臂中的磁阻相應(yīng)減小，磁路開路。輸出線圈W2與勵(lì)磁繞組0串聯(lián)。勵(lì)磁線圈的作用相當(dāng)于磁開關(guān)，勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過零，兩次出現(xiàn)峰值，相應(yīng)磁開關(guān)通斷各兩次。磁路由通到斷的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中交鏈的磁通量由勵(lì)磁繞組0降到零；磁路由斷到通的時(shí)間內(nèi)，輸出線圈中交鏈的磁通量由零增加到仇，因此輸出線圈中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E出現(xiàn)，并且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率比勵(lì)磁電流高一倍，在勵(lì)磁電流頻率已經(jīng)確定的情況下，其峰值取決于磁通量，也即取決于磁性標(biāo)尺在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此輸出線圈中輸出的是一個(gè)調(diào)幅信號(hào)。磁柵的檢測(cè)方法有鑒幅法和鑒相法兩種，在數(shù)控機(jī)床中通常使用鑒相法。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)