3.3数控机床的位移检测（磁栅传感器）（课件）-《传感器检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目三 位移检测 项目三 位移检测 目 录 1 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 2 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 3 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 4 任务四 轴承滚柱的直径检测 项目三 位移检测 学习目标 能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。 能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。 会用光电编码器测量位移。 能了解光栅传感器的组成和结构。 能理解莫尔条纹测量位移的原理。 能了解磁栅传感器的组成和特点。了解磁栅、磁头的结构和工作原理。 能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。 项目三 位移检测 位移是物体在一定方向上的位置变化。位移测量，可分为线位移测量和角位移测量两种，它是机械加工的重要参数。另外，许多其他参数，如力与压力、形变、厚度、间距、振动、速度、加速度等非电量的测量也可以转换为位移的测量，由位移的变化测出这些参数的变化。 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 在各种数控机床的位移检测中，特别是大型机床的数字检测、自动化机床的定位控制等方面大量使用了磁栅式位移传感器。 任务提出 磁栅传感器也是一种用于检测位移的传感器。它的价格低于光栅，具有制作简单、易于安装、调整方便、测量范围（0．001ｍｍ～十几米）宽、抗干扰能力强等一系列优点。目前，可实现测量分辨率为1～5μm，系统精度为±0．01mm/m。 磁栅可分为长磁栅和圆磁栅，长磁栅主要用于直线位移的测量，圆磁栅主要用于角位移的测量。 相关知识 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 磁栅传感器的外形如图3-26所示。 一、磁栅传感器的外形 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 磁尺又称磁栅。按其基体形状有长磁栅和圆磁栅两种。 磁栅由磁栅基体和磁性薄膜组成，结构如图3-27所示，磁栅基体是用非导磁材料做成的，上面镀一层均匀的磁性薄膜，经过录磁，其磁信号排列情况如图327所示，录磁信号幅度均匀，幅度变化小于10％，节距均匀。目前长磁栅的磁信号节距一般为0．05mm、0．1mm、0．2mm，圆磁栅的角节距一般为几分至几十分。 二、磁尺 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 二、磁尺 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 长磁栅又分为尺型、同轴型和带型三种，如图3-28所示。 二、磁尺 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 圆磁栅如图3-29所示。磁盘圆柱面上的磁信号由磁头读取，安装时在磁头与磁盘之间应有微小的间隙以免磨损。 二、磁尺 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 三、磁头的结构和原理 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 1.动态磁头 动态磁头只有一组绕组绕在磁头铁芯上，当磁头磁栅有相对运动时，切割磁力线，就有信号输出，故不适用于速度不均匀、时走时停的设备。录音机信号属于此类。 当磁头沿着磁栅表面作相对位移时，在N相重叠处绕组输出电压为正最大，而在S相重叠处绕组输出电压为负最大，如图3-30所示。这样，输出电压波形为周期性的正弦信号，再经过放大整形，由计数器记录脉冲数ｎ，则位移量：ｓ＝ｎｗ（ｗ为节距）。 三、磁头的结构和原理 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 1.动态磁头 三、磁头的结构和原理 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 2.静态磁头 静态磁头与动态磁头的不同之处在于磁头与磁栅之间在没有相对运动的情况下，也有信号输出。它有两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为输出绕组。静态磁头的工作原理如图3-31所示。 三、磁头的结构和原理 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 2.静态磁头 四、磁栅传感器的组成和测量原理 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 1.组成 磁栅式传感器主要由磁尺、磁头和检测电路组成。 2.测量原理 磁栅上录有等间距的磁信号，它是利用磁带录音的原理将等节距的周期变化的电信号（正弦波或矩形波）用录磁的方法记录在磁性尺或圆盘上而制成的。 任务实施 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 数控机床的线位移检测，根据磁栅传感器的相关知识，可选用静态磁头长磁栅位移传感器。 一、合理选择磁栅传感器 任务实施 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 如图3-32所示为磁栅数显表检测机床进给轴坐标的示意图。它用磁栅来检测位移，并用数显表显示，代替了传统的标尺刻度读数，提高了加工精度和加工效率。图中以y轴运动为例，磁尺固定在立柱上，磁头固定在主轴箱上，当主轴箱沿着机床立柱上下移动时，数显表显示