[发明专利]磁栅码盘

说明书

本发明属于测量技术领域，角度精密测量装置。本发明是由发明人提出的磁栅数显长度计量器具（专利申请号93108665.5）的磁栅测量原理在角度测量上的应用。是磁栅测量技术的推广与应用。磁栅码盘的发明可以使角度测量精度提高，角度测量技术简化，可以用较简单的装置代替目前使用的光栅码盘与各种类型的角度传感器。

目前在测量技术领域，角度的测量最常用各种型式有电感式角度传感器。旋转变压器，自整角机等电磁元件。这些电感式传感器和旋转变压器接上复杂的模数转换电路，可以使角度测量达到较高的精度。但同时要求传感器及旋转变压器本身具有较高的设计与加工精度。要达到角秒级的测量精度传感器与电子线路的实现都是很困难的，同时需要较高的成本，一般需要几十万元的经费。光栅码盘亦是常用的角度测量装置。它可以达到角秒级的测量精度，但它受到本身工艺的限制，每毫米长度内最多能刻50-100条线的光栅。要想再增加几乎是不可能的。另外光敏器件也受到了限制。磁栅码盘是采用磁记录原理发展的一种磁栅角度测量技术。磁记录原理在录音录像领域发展已经有半个多世纪的历史，并已发展到了相当高的水平。最近二十年来磁记录在计算机技术数据的存储与读出技术得到了飞速的发展。计算机硬盘，软盘存储容量与存储密度已达到了很高的水平。这些都给磁栅码盘的发展提供了坚实的技术基础。

图一表示了磁栅码盘的结构原理图，它是由固定部分：1.磁头A，B2.电路板3.集成电路4.液晶显示器9.电池6.零位装置与旋转部分5.磁栅圆盘8.转轴构成。另有：7.外壳与10.轴承盖组成。磁栅圆盘采用非导磁材料铝合金作基底材料在磁栅圆盘上涂复一层永磁材料（磁粉r.Fe203）。磁层的厚度约1-3微米。磁层必须具有好的平整度与耐磨性，在磁层表面复盖碳保护层，保护层厚度0.5-1微米，磁栅圆盘由转轴带动。在磁头A，B下方的磁栅圆盘上有磁道Wa，Wb。磁道Wa，Wb永磁层事先经专门仪器磁化，对应于两个磁头下的磁层为相等长度的N-S，S-N小永久磁铁。两个磁头下的磁层中，小永久磁铁在位置上相差b/2（b是小永久磁铁的长度）。

图二表示了磁栅增量或码盘测量系统的原理方块图。它是由磁栅圆盘的磁道Wa，磁道Wb与磁头A，磁头B，信号放大处理电路F1.F2，脉冲合成方向判别电路S，角度计数电路C，液晶显示器P及电池Ba零位装置O构成。

当磁栅圆盘以角速度W旋转，由于磁道中的小永久磁铁存在，使磁头中感应出一系列脉冲电压。这些脉冲电压经放大与处理电路变成方波与计数合成脉冲。由于磁头A与磁头B位置上相差b/2，形成的方波相位相差1/4周期。每个磁头采用中心抽头接地，感应绕组两端输出电压信号相差180度相位。两个磁头可以产生相位相差90度的四个方波信号。因此当磁栅圆盘移动b/2距离可以使计数器得到四个计数脉冲。

图三是表示磁头A，B，四路信号放大处理电路。脉冲合成方向判别电路的原理图。～四路脉冲电压信号经过信号放大器A1，A2，A3，A4的放大后，经四路斯密特触发器U1，U2，U3，U4整形由U5，U6，U7，U8倒相形成相位相差90度的方波，经微分后成为四个计数脉冲，从PL处输给角度计数器。同时用此计数脉冲与U2，U4的方波信号经触发器D1，D2，D3和与门U12，U13，及或门U14组成方向判别电路。判断相对运动方向，由U14输出，用“+～-”表示，控制计数器加计数与减计数。

图四表示了磁头A与磁头B的间隙和磁栅圆盘线速度相垂直时的工作状况。在这种状况下，磁道Wa，Wb中的小永久磁铁与磁头的运动方向相垂直，可以得到更高的测量精度，小永久磁铁的宽度也可以更小。

由于磁栅在1mm距离内可以放置1000或更多的小永久磁铁，因此它的测量精度可以大大提高。测量1角分的磁栅码盘直径只需20-30毫米，而测量1角秒的磁栅码盘直径也只需100毫米，比现有的光栅体积小许多。