感应式栅尺的原理
     
感应式栅尺是一款区别于光栅和磁栅的测量系统。其主要测量原理是差动感应传感(互感式)原理,将被测位移量转换成线圈的互感的变化。读数头的初级线圈是励磁线圈,当在励磁线圈中通入1.3MHz的高频电流时,励磁线圈内部的磁通量是始终变化的。感应线圈(次级线圈)为一组2个参数完全相同且极性相反的串联的线圈,如果对称的两个感应线圈(内部的圆环)内部分布的磁场大小相同,则感应线圈的感应电压输出为零。但是当一个铁氧体或导体(尺带或者码盘)进入到感应线圈的磁场中时,会使感应线圈内部的磁场空间上强弱分布不同,这样感应线圈因为感应到的磁场强度不同,就产生了感应电压的变化。感应电压的大小随外界铁氧体或导体进入的位置不同而产生幅值上的变化,通过感应线圈上产生的感应电压幅值变化可以对铁氧体或导体的位置进行检测(即感栅尺移动的位置)。请参考下图1-1 。
 

    

图1-1

 

采用SMD (Surface Mounting Device)技术将励磁线圈, 感应线圈和相应的电子线路集成到一个芯片上,实现了体积的大幅缩小, 同时感栅尺芯片上的两个感应线圈非常集成,距离不到1个毫米。而载波频率(1-2 MHZ)的波长要远远大于两个感应线圈之间的距离。所以不会产生干扰。并且励磁线圈中的激励电流是高频电流(一般在1-2 兆赫兹),一般外界的电磁干扰是低频的电磁场(一般在数千赫兹),这样在后续的同步解调电路中,可以将低频电流通过高通滤波器有效去除,实现了有效的抗干扰特性。 请参考下图1-2 。
 

  

图1-2
 

 
 
感应式栅尺技术优势:

1)分辨率高:感应式栅尺的分辨率最高可以实现20 nm,这对于一些高质量运动控制的应用来说,是非常重要的一个要素,比如微动平台。感应式传感器的输出噪音低,同时输出信号质量好,其整体的信噪比非常优异。
2)体积小:感栅芯片体积小巧,厚度仅为 0.9 mm,栅尺和码盘厚度仅为 0.9 mm,整体厚度在2 mm以内。为客户节省了安装空间,便于客户将芯片集成到PCB电路板上。
3)抗磁场干扰性能优异:感应式栅尺初级线圈中的激励电流是高频电流,一般外界的电磁干扰是低频的电磁场,可以实现有效的抗磁场干扰。尤其适用于各种电机,和医疗核磁共振领域。
4)无磨损:非接触式测量原理保证器件可以实现长时间无磨损运行,免维护。
5)抗污染能力强:金属粉末不附着,耐各种油污粉尘。
6)感应介质多样:钢,铝,铜材质都可以作为感栅尺的感应介质。
7)鲁棒性强:感应式栅尺的耐温范围非常大(-40 - +125°C),可以在剧烈震动的环境中正常工作。在真空环境里也可以适用。
 
感应式栅尺相对于磁栅尺的优势: 


1)更高的分辨率, 感栅尺可以达到 20 nm 的分辨率。现在的通用磁栅分辨率在 100 nm, 部分厂商在研制 50 nm 分辨率磁栅。
2)更高的精度。
3)更优异的抗磁场干扰性能。
4)更集成的尺寸。相对于磁栅尺的芯片和尺条,感栅尺的芯片和尺条的尺寸和重量都要小很多。尤其适用于一些尺寸集成,对重量很敏感的应用,例如手术机器人手臂。
5)更强的抗污染能力:金属粉末不附着。
 
感应式栅尺想对于光栅尺的优势: 

1)更高的分辨率,感栅尺可以达到 20 nm 的分辨率。目前工业级光栅尺的分辨率一般是50 nm左右。
2)更低廉的成本。
3)更强的抗污染能力,感栅尺可以应用于有液体、粉尘污染、光学污染非常严重的场合。
4)鲁更好的棒性能,在震动剧烈的环境当中完全适用。
5)更集成的尺寸。
 
有关于各种栅尺的性能比较,请参考图1-3.


 
图1-3
 

 
 

 

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