[科普中国]-磁栅检测

磁栅检测是指利用磁栅为传感器的一种检测方法，具有检测精度高等特点。磁栅的检测方法也可有鉴幅法和鉴相法两种。在数控机床中通常使用鉴相法。

简述磁栅检测技术已有三十余年的发展历史，它主要用于磁分度以及齿轮、丝杆传动链误差的动态测量等方面。尤其是在某些特殊情况或环境比较恶劣的场合下，磁栅检测技术显示了它特有的机动性和灵活性。因此，磁栅检测技术仍是精密检测技术及数控机床检测方面的一个重要手段。

磁栅传感器主要由磁栅和磁头组成。磁栅上录有等间距的磁信号，它相当予一把磁尺。磁栅传感器工作时，磁头相对于磁栅作相对位移。在位移过程中，磁头把磁栅上的磁信号检测出来，这样就把检测位移转换成电信号。1

结构磁栅(又称磁尺)也是一种电磁检测装置。它利用磁记录原理，将一定波长的矩形波或正弦波信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量基准。检测时，磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号，并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输入给数控机床。

磁栅传感器由磁性标尺、磁头和检测电路三部分组成。磁性标尺是在不导磁材料(如玻璃、铜或其他合成材料)的基体上，采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层1～2 txrn厚的磁性材料，形成一层均匀的磁性薄膜，然后采用录磁的方法在磁性薄膜上录上等距离的周期性的磁化信号。

读取磁头是进行磁一电转换的变换器，它把记录在磁性标尺上的磁化信号检测出来送至检测线路，其原理与录音磁带的原理相同。但录音磁带的磁头(称为速度响应型磁头)只有和磁带之间有一定相对运动速度时，才能检测出磁化信号。这种磁头只能用于动态测量。而检测数控机床位置时，阅读速度是各种各样的，在低速甚至静止时也必须能够进行阅读，为此采用磁通响应型磁头。磁通响应磁头是在速度响应型磁头的铁心回路中，加入带有励磁线圈的饱和铁心，在励磁线圈中通以高频励磁电流，使读取线圈的输出信号振幅受到调制。

磁尺中励磁电流在一个周期内两次过零，两次出现峰值，相应磁开关通断各两次。输出线圈产生感应电压输出，即

式中：U0一感应电压幅值；

λ—磁性标尺节距；

x一选定某一N极作为位移零点时，x为磁头对磁性标尺的位移量；

ω——输出线圈感应电压的频率，它比激磁电流的频率ω0高一倍。2

原理在进行位置检测时，为了在低速甚至静止时也能得到位置信号，必须采用磁通响应型磁头(又叫磁调制式磁头)。磁通响应型磁头由铁芯、励磁绕组w，输出绕组组成。磁通响应型磁头有两组绕组，即绕在磁路截面尺寸较小的横臂上的励磁绕组W1和绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上的输出绕组W2，当对W1施加励磁电流in时，在in的瞬时值大于某一个数值以后，横臂的铁心材料饱和，这时磁阻很大，磁路被阻断，磁性标尺的磁通不能通过磁头闭合，输出线圈W1与励磁绕组0不交链。当in的瞬时值小于某一个数值时，所感生的磁通也随之降低，两根横臂中的磁阻相应减小，磁路开路。输出线圈W2与励磁绕组0串联。励磁线圈的作用相当于磁开关，励磁电流在一个周期内两次过零，两次出现峰值，相应磁开关通断各两次。磁路由通到断的时间内，输出线圈中交链的磁通量由励磁绕组0降到零；磁路由断到通的时间内，输出线圈中交链的磁通量由零增加到仇，因此输出线圈中有感应电动势E出现，并且感应电动势的频率比励磁电流高一倍，在励磁电流频率已经确定的情况下，其峰值取决于磁通量，也即取决于磁性标尺在该点的磁感应强度。因此输出线圈中输出的是一个调幅信号。磁栅的检测方法有鉴幅法和鉴相法两种，在数控机床中通常使用鉴相法。2

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学