D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.03.017 第27卷第3期 北京科技大学学报 VoL.27 No.3 2005年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2005 高分辨率磁旋转编码器磁鼓材料的研制 王海成王立锦冯春杨涛于广华 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用磁浆涂布工艺制作了磁鼓涂层材料，研究了不同组分的配方对磁鼓涂层材料 性能的影响，制备出性能良好的磁鼓.对32~40mm的磁鼓进行了充磁测试，写入了128和256 对极.采用金属薄膜磁电阻传感探头检测磁鼓表面分布磁场，信号通过电路放大、整形后接 入示波器和计数器，结果显示输出信号波形良好，计数完整 关键词磁鼓材料：磁编码器：涂布工艺；金属薄膜磁电阻 分类号0484.43 随着高新技术的发展，以数控技术、机器人 结成型.磁鼓的磁性层较厚，输出信号较强，但充 为代表的工业自动控制技术也不断革新.在这一 磁精度较低.涂层型磁鼓的磁性层较薄(10m量 进程中，高精度、高可靠性、小型集成化、低成本 级)，适合高精度的要求：磁性薄膜型磁鼓的磁性 的控制用传感器是自动控制技术不可缺少的组 层很薄，适合很高的精度.目前，在国内旋转编码 件之一.在数字式传感器中，磁性编码器是近年 器中，光学编码器仍占主要地位，高精度的磁旋 来发展起来的一种新型的电磁敏感元件，与光学 转编码器还依赖于进口.国内生产的磁鼓为磁环 编码器相比，它的突出优点是结构简单，成本 型，精度较低，一般在64对极以下.为填补国内 低，抗恶劣环境性能好，抗污染能力强，易将多个 空白，本文对涂层磁性材料做了系统研究， 元件精确地排列组合，构成多功能器件，因而 为了使磁鼓易于充磁，磁性涂层的矫顽力不 在高精度测量和控制领域中的应用不断增加，作 能太高：但为了防止外界磁场的干扰，矫顽力又 为一种重要工具，磁性编码器已成为从数控 不能太低，另外，编码器磁鼓要求有较高的磁性 机床、机器人、工厂自动化相关设备到磁盘、打印 能，使得磁鼓可写入较多磁极数的同时，又具有 机一类办公自动化设备、测量仪表等的重要组成 较高的磁通密度，从而产生较强的输出信号.因 部分 此，需要对磁浆配制、磁浆涂布、充磁方式等工艺 条件进行严格控制，以达到综合性能. 1基本结构和原理 间 磁性编码器的基本结构和原理如图1所示， 磁阴元件 它主要是由磁阻元件、磁鼓以及信号放大整形电 路三部分组成，磁阻元件是由各向异性金属磁电 阻薄膜经过光刻工艺制作成的.磁鼓是在A1等 n输出 非磁性材料制作的基体鼓表面覆盖一层磁记录 脉冲 放大电路 介质制成，这层磁记录介质以长1的磁极间距被 磁化.这样，当磁鼓和磁阻元件相对运动时，磁阻 磁极间距 元件就会感受到周期性变化的磁场，产生周期性 图1磁编码器的基本结构 电压信号，利用该信号即可检测和控制相关设 Fig.1 Basic structure of a magnetic encoder 备，磁鼓可分为三种类型：磁环型、涂层型和磁性 2实验过程 薄膜型.磁环型磁鼓一般是由永磁材料烧结或压 2.1磁鼓材料制备 收稿日期：200406-29修回日期：20040907 采用涂布工艺制作涂层型磁鼓材料中，一个 基金项目：国家“863"项目No.2003AA325010) 重要的环节是性能良好的磁浆的制备.磁浆的制 作者简介：王海成(1980一)，男，硕士研究生 备工艺流程如图2所示.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 叭， 高分辨率磁旋转编码器磁鼓材料的研制 王 海成 王 立 锦 冯 春 杨 涛 于 广 华 北京科技大 学材料 科 学与 工 程 学 院 ， 北京 摘 要 采用 磁浆涂布 工 艺制作 了磁 鼓 涂层 材料 研 究 了不 同 组 分 的配 方对磁 鼓 涂层 材料 性能的影 响 ， 制 备 出性 能 良好 的磁 鼓 对中 的磁 鼓进行 了充磁 测 试 ， 写入 了 和 对 极 ， 采用 金属 薄膜磁 电阻 传 感探 头 检测磁鼓 表 面 分 布磁 场 ， 信 号通 过 电路放大 、 整形 后 接 入 示 波器和 计数器 ， 结果显 示 输 出信 号波 形 良好 ， 计数完整 关键词 磁 鼓材料 磁编 码 器 涂布 工 艺 金 属 薄膜磁 电阻 分类号 随着 高新 技 术 的发 展 ， 以数控 技 术 、 机 器 人 为代表 的工 业 自动 控 制 技 术 也 不 断革 新 在 这 一 进 程 中 ， 高精度 、 高可 靠 性 、 小 型集 成 化 、 低 成 本 的控 制 用 传 感 器 是 自动 控 制 技 术 不 可 缺 少 的组 件 之 一 在数 字 式传 感器 中 ， 磁 性编 码 器 是近 年 来 发展起 来 的一种 新 型 的 电磁敏感元 件 与 光学 编码 器 相 比 ， 它 的突 出优 点 ‘卜” 是 结 构 简单 ， 成 本 低 ， 抗 恶劣 环 境性 能好 ， 抗 污 染 能力强 ， 易将 多个 元 件 精 确 地 排 列 组 合 ， 构 成 多 功 能 器 件 ， 因 而 在 高精度 测 量 和 控 制 领 域 中的应 用 不 断增 加 作 为 一 种 重 要 工 具 ， 磁 性 编 码 器 已 成 为 从 数 控 机 床 、 机器 人 、 工 厂 自动 化 相 关设备 到磁 盘 、 打 印 机 一类 办 公 自动化 设备 、 测量 仪表 等 的重要 组成 部 分回 基 本 结 构 和 原 理 磁 性 编码 器 的基 本 结构和 原理 如 图 所 示 它 主 要 是 由磁 阻元件 、 磁 鼓 以及信 号放 大整 形 电 路三 部 分 组 成 磁 阻元 件 是 由各 向异性金 属 磁 电 阻 薄膜 经 过 光 刻 工 艺制 作成 的 ， 磁 鼓 是 在 等 非 磁 性 材料 制 作 的基 体 鼓 表 面 覆 盖 一 层 磁 记 录 介 质 制 成 ， 这 层 磁 记 录 介 质 以长 又的磁 极 间距 被 磁化 这 样 ， 当磁鼓 和磁 阻元件相对运 动 时 ， 磁 阻 元 件 就 会 感 受 到 周 期 性变 化 的磁 场 ，产 生 周 期性 电压 信 号 利用 该 信 号 即 可 检 测 和 控 制 相 关 设 备 磁 鼓可 分 为三种类 型 磁 环 型 、 涂 层 型和 磁 性 薄膜 型 磁环 型磁 鼓 一般 是 由永磁 材 料烧 结或 压 收稿 日期 今 卜 修 回 日期 刁 基 金项 目 国家 “ ， 项 目 作者简介 王 海成 一 ， 男 ， 硕 士 研 究生 结成 型 磁鼓 的磁 性层 较 厚 ， 输 出信 号较 强 ， 但 充 磁 精度 较低 涂层 型磁 鼓 的磁 性 层 较 薄 卿量 级 ， 适合 高精度 的要 求 磁 性 薄膜 型磁 鼓 的磁性 层 很 薄 ， 适 合 很 高 的精 度 目前 ， 在 国 内旋 转编码 器 中 ， 光 学 编 码 器 仍 占主 要 地 位 ， 高精度 的磁 旋 转编 码 器 还 依赖 于进 口 国 内生产 的磁鼓 为磁 环 型 ， 精度较低 ， 一 般 在 对 极 以下 为 填补 国 内 空 白 ， 本 文 对 涂 层 磁 性 材 料做 了系统 研 究 为 了使磁 鼓 易于 充 磁 ， 磁 性 涂 层 的矫顽 力 不 能太 高 但 为 了 防止 外 界磁 场 的干 扰 ， 矫 顽 力 又 不 能太 低 另 外 ， 编码 器 磁 鼓 要 求 有较 高 的磁 性 能 ， 使 得 磁 鼓 可 写 入 较 多磁 极 数 的 同 时 ， 又 具 有 较 高 的磁 通 密 度 ， 从 而 产 生较 强 的输 出信 号 因 此 ， 需要 对 磁 浆配 制 、 磁浆涂布 、 充磁 方 式等 工 艺 条件 进 行 严 格 控 制 ， 以达 到 综 合 性 能 图 磁 编码器 的 基 本 结构 · 加碑 实验 过 程 磁 鼓材 料 制 备 采用 涂 布 工 艺制 作涂 层 型 磁鼓材料 中 ， 一 个 重 要 的环 节 是性 能 良好 的磁 浆 的制 备 磁 浆 的制 备 工 艺流 程 如 图 所 示 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．03．017