感應(yīng)式柵尺的原理

作者：szdasing　來源：m.auter360.com　日期：2020/6/11 18:46:54　人氣：3461

感應(yīng)式柵尺的原理

感應(yīng)式柵尺是一款區(qū)別于光柵和磁柵的測量系統(tǒng)。其主要測量原理是差動感應(yīng)傳感（互感式）原理，將被測位移量轉(zhuǎn)換成線圈的互感的變化。讀數(shù)頭的初級線圈是勵磁線圈，當(dāng)在勵磁線圈中通入1.3MHz的高頻電流時，勵磁線圈內(nèi)部的磁通量是始終變化的。感應(yīng)線圈（次級線圈）為一組2個參數(shù)完全相同且極性相反的串聯(lián)的線圈，如果對稱的兩個感應(yīng)線圈（內(nèi)部的圓環(huán)）內(nèi)部分布的磁場大小相同，則感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓輸出為零。但是當(dāng)一個鐵氧體或?qū)w（尺帶或者碼盤）進(jìn)入到感應(yīng)線圈的磁場中時，會使感應(yīng)線圈內(nèi)部的磁場空間上強(qiáng)弱分布不同，這樣感應(yīng)線圈因為感應(yīng)到的磁場強(qiáng)度不同，就產(chǎn)生了感應(yīng)電壓的變化。感應(yīng)電壓的大小隨外界鐵氧體或?qū)w進(jìn)入的位置不同而產(chǎn)生幅值上的變化，通過感應(yīng)線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓幅值變化可以對鐵氧體或?qū)w的位置進(jìn)行檢測(即感柵尺移動的位置)。請參考下圖1-1 。

圖1-1

采用SMD (Surface Mounting Device)技術(shù)將勵磁線圈，感應(yīng)線圈和相應(yīng)的電子線路集成到一個芯片上，實現(xiàn)了體積的大幅縮小，同時感柵尺芯片上的兩個感應(yīng)線圈非常集成，距離不到1個毫米。而載波頻率（1-2 MHZ）的波長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個感應(yīng)線圈之間的距離。所以不會產(chǎn)生干擾。并且勵磁線圈中的激勵電流是高頻電流（一般在1-2 兆赫茲），一般外界的電磁干擾是低頻的電磁場（一般在數(shù)千赫茲），這樣在后續(xù)的同步解調(diào)電路中，可以將低頻電流通過高通濾波器有效去除，實現(xiàn)了有效的抗干擾特性。請參考下圖1-2 。

圖1-2

感應(yīng)式柵尺技術(shù)優(yōu)勢：

1）分辨率高：感應(yīng)式柵尺的分辨率最高可以實現(xiàn)20 nm，這對于一些高質(zhì)量運(yùn)動控制的應(yīng)用來說，是非常重要的一個要素，比如微動平臺。感應(yīng)式傳感器的輸出噪音低，同時輸出信號質(zhì)量好，其整體的信噪比非常優(yōu)異。
2）體積小：感柵芯片體積小巧，厚度僅為 0.9 mm，柵尺和碼盤厚度僅為 0.9 mm，整體厚度在2 mm以內(nèi)。為客戶節(jié)省了安裝空間，便于客戶將芯片集成到PCB電路板上。
3）抗磁場干擾性能優(yōu)異：感應(yīng)式柵尺初級線圈中的激勵電流是高頻電流，一般外界的電磁干擾是低頻的電磁場，可以實現(xiàn)有效的抗磁場干擾。尤其適用于各種電機(jī)，和醫(yī)療核磁共振領(lǐng)域。
4）無磨損：非接觸式測量原理保證器件可以實現(xiàn)長時間無磨損運(yùn)行，免維護(hù)。
5）抗污染能力強(qiáng)：金屬粉末不附著，耐各種油污粉塵。
6）感應(yīng)介質(zhì)多樣：鋼，鋁，銅材質(zhì)都可以作為感柵尺的感應(yīng)介質(zhì)。
7）魯棒性強(qiáng)：感應(yīng)式柵尺的耐溫范圍非常大（-40 - +125°C），可以在劇烈震動的環(huán)境中正常工作。在真空環(huán)境里也可以適用。

感應(yīng)式柵尺相對于磁柵尺的優(yōu)勢：

1）更高的分辨率，感柵尺可以達(dá)到 20 nm 的分辨率?，F(xiàn)在的通用磁柵分辨率在 100 nm，部分廠商在研制 50 nm 分辨率磁柵。
2）更高的精度。
3）更優(yōu)異的抗磁場干擾性能。
4）更集成的尺寸。相對于磁柵尺的芯片和尺條，感柵尺的芯片和尺條的尺寸和重量都要小很多。尤其適用于一些尺寸集成，對重量很敏感的應(yīng)用，例如手術(shù)機(jī)器人手臂。
5）更強(qiáng)的抗污染能力：金屬粉末不附著。

感應(yīng)式柵尺想對于光柵尺的優(yōu)勢：
1）更高的分辨率，感柵尺可以達(dá)到 20 nm 的分辨率。目前工業(yè)級光柵尺的分辨率一般是50 nm左右。
2）更低廉的成本。
3）更強(qiáng)的抗污染能力，感柵尺可以應(yīng)用于有液體、粉塵污染、光學(xué)污染非常嚴(yán)重的場合。
4）魯更好的棒性能，在震動劇烈的環(huán)境當(dāng)中完全適用。
5）更集成的尺寸。