[科普中国]-磁性标尺

磁性标尺是在非导磁材料的基体上，采用涂敷、化学沉积或电镀上一层很薄的磁性材料，然后用录磁的方法使敷层磁化成相等节距周期变化的磁化信号。磁化信号可以是脉冲，也可以是正弦波或饱和磁波。磁化信号的周期一般是0.05mm、0.10mm、0.15mm、0.20mm等几种。1

磁栅磁栅又称磁尺，是一种计算磁波数目的位置检测元件。可用于直线和转角的测量，其优点是精度高、复制简单和安装方便等，在油污、粉尘较多的场合使用有较好的稳定性。因此，它在数控机床、精密机床和各种测量机上得到广泛使用。

磁尺位置测量有直线式和回转式两种。磁栅的工作原理与普通磁带的录磁和拾磁的原理是相同的。用录磁磁头将相等节距(常为20μm或50μm)周期变化的电信号记录到磁性标尺上，用它作为测量位移量的基准尺。在检测时，用拾磁磁头读取记录在磁性标尺上的磁信号，通过检测电路将位移量用数字显示出来或送至位置控制系统。图1所示为磁栅位置方框图。

测量用的磁尺与普通的磁带录音的区别在于：①磁性标尺的等节距录磁的精度要求很高，因为它直接影响位移测量精度。为此需要在高精度录磁设备上对磁尺进行录磁。②当磁尺与拾磁磁头之间的相对运动速度很低或处在静止状态时，也应能够进行位置测量。因此，不能采用一般的录音机拾磁磁头即速度响应型磁头，需要用特殊的磁通响应型磁头。2

磁性标尺的基本概述磁性标尺是在非导磁材料的基体上，采用涂敷、化学沉积或电镀上一层很薄的磁性材料，然后用录磁的方法使敷层磁化成相等节距周期变化的磁化信号。磁化信号可以是脉冲，也可以是正弦波或饱和磁波。磁化信号的周期一般是0.05mm、0.10mm、0.15mm、0.20mm等几种。

磁栅基体不导磁，要求温度对测量精度的影响小，热胀系数与普通钢铁相近。磁栅按基体形状的不同可以分为直线位移测量用的实体型磁栅、带状磁栅和线状磁栅；用于角度位移测量的会转型磁栅等。2

实体型标尺实体型标尺是一种磁头和磁性标尺不接触的磁尺。磁头固定在带有板簧做的磁头架上。磁性标尺的形状和加工精度要求较高，其刚性好，稳定性高，以保证高精度。这种磁尺成本较高，也不能做得太长，一般小于600毫米，如需要更长的磁尺，必须用几根接长使用。

带状磁尺带状磁尺这是以镀有镍一钴合金磁膜的宽为20毫米，厚为0．20毫米的弹性铜带做成的磁性标尺。通常将它固定在低碳钢做的屏蔽壳体内，并以一定的预应力绷紧在框架或支架中间，使磁性标尺的温度膨胀系数与框架或机床的膨胀系数相近，从而减小温度对检测精度的影响。工作时磁头和磁性标尺接触，由于磁性标尺是一弹性件，允许有一定的变形，所以对整个磁尺机械部件的安装精度要求不高。这种磁尺的系统精度能达到每米长±3微米。可做得很长，一般用于大于1米的磁尺系统中。带状磁尺的缺点是磁头与磁性标尺接触使用，因而有磨损。但在有粉尘、油污的环境中工作时，摩擦次数仍可达1千万次以上。

线状标尺线状标尺是一种同轴型直线磁尺，用直径2毫米的线材做磁性标尺(在永磁材料或青铜丝上电镀镍一钴合金制成)。磁头是特制的磁性标尺套在中间的多间隙磁通响应型磁头。磁性标尺和磁头之间有很小间隙，虽然仍有一些接触，但接触压力较小，磨损不大。该磁尺的优点是输出信号较大，由于磁性标尺和磁头的工作区被磁头围住，从而对电磁场的干扰能起到较为理想的屏蔽作用，抗干扰性能好，系统检测精度可获提高。缺点是因热膨胀系数大，不易做得太长(一般