D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.03.018 第22卷第3期 北京科。技大学学报 Vol.22 No.3 2000年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2000 零脉冲高分辨率磁编码器的研制 田跃 和文国李彦林 黄筱玲 北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要编码器在许多应用场合要求每旋转1个周期给出1个零脉冲信号.要满足这一使用 要求，在前期增量型高分辨率磁编码器的研究基础上，对具有零脉冲信号输出的磁编码器的结 构设计、信号触发磁鼓的试制、磁敏电阻敏感元件制备、电子信号处理的研制过程进行讨论。 关键词磁敏电阻：编码器：零脉冲 分类号TP212:TP732 编码器是电机控制系统的转角、转速测量 应磁场强度变化，并转化成电阻大小的变化，经 的关键传感器，其工作原理如图1所示.由图1 过信号处理得到标准TTL矩形脉冲信号，从而 可以清楚地看到，编码器除了给出每旋转1个 实现数字化转化 周增量脉冲个数外，在许多应用场合，如记录累 旋转方向 计旋转圈数、标准位置定位、参考零位确定、清 零消除每周输出脉冲数积累误差等方面，将零 位信号反馈给主控系统，实现全过程自动控制. 零脉冲探测器 前部系统 速 电动机 编码器 多极磁 移控制 度控 电流控制 化磁极 信号处 理电路 增量型信号 零位 信号 伺服电机 反馈信号 图2磁编码器结构原理图 图1编码器电机控制工作原理 Fig.2 Structural drawing of magnetic encoder Fig.1 Principle of motor control by encoder 2零脉冲磁编码器的研制过程 本文将对具有零脉冲参考信号高分辨率磁 编码器的研制过程进行详细讨论.在高分辨率 2.1具有零参信号的永磁磁鼓 磁编码器机理研究的基础上，进一步完善传感 本研究选用超精细粘接永磁材料注塑成 器应用特性，努力为我国工业自动化提供高性 形，采用计算机控制旋转充磁方法，将带零脉冲 能的基础传感器， 参考信号磁编码器的磁鼓充磁如图3所示结构. 磁鼓有2个轨道：增量脉冲轨道和零脉冲参考 1普通增量型磁编码器的工作原理川 轨道.增量轨道信号为编码器的每周期磁极个 高分辨率的磁敏电阻式编码器的结构如图 数即磁编码器的分辨能力：零脉冲参考轨道，每 2所示，主要部分由磁敏电阻敏感元件、永磁磁 周只充出1对磁极 鼓、信号处理电路及机械结构组成. 2.2敏感元件设计与零脉冲信号的检出 多极充磁的磁鼓将圆周分割成以磁极间距 为了将上述磁鼓增量脉冲轨道和零脉冲轨 为入的周期性磁场强弱变化，当磁极随着转动系 道磁场强弱信号同时检测出来，本研究将坡莫 统运动时，磁敏电阻作为敏感元件非接触的感 合金Ni-Fe,NiCo各向异性磁敏电阻薄膜材料， 采用光刻方法制成如图4(a)所示的结构.其中 1999-12-24收稿田跃男，43岁，副教投 条纹18为具有一定位相差增量型脉冲信号检 *国家自然科学基金资助课题(N0.69574002)第 2 卷 第 3 期 2呀阅旧 年 ` 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U n iv e sr i yt o f s e i e n e e a n d l ’c c h n o】o gy B e ij i n g V b L 22 J U n e N 0 3 2 0 0 零脉冲高分辨率磁编码器 的研制 田 跃 和文 国 李彦林 黄筱玲 北京科技大学应用科学学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 编码器 在许 多应用场 合要求 每旋转 1 个 周期给 出 1 个 零脉冲信号 . 要 满足 这一使 用 要求 , 在前 期增量型 高分辨率磁 编码器 的研 究基础 上 , 对具有 零脉冲 信号输 出的磁编 码器 的结 构设 计 、 信号触 发磁鼓 的试制 、 磁 敏 电阻敏感元 件制 备 、 电子信 号处理 的研制 过程进 行讨 论 , 关键 词 磁敏 电阻 : 编码 器 : 零脉 冲 分类 号 仰 2 12 : TP 7 32 编码器是 电机 控制 系统 的转角 、 转速测量 的关键传 感器 , 其工 作原理如 图 1 所 示 . 由 图 1 可 以清楚地看到 , 编码器 除了给 出每旋转 1 个 周 增 量脉冲个数外 , 在许 多应用场合 , 如记 录累 计旋 转圈数 、 标准位置 定位 、 参考零位确定 、 清 零 消除每 周 输出 脉冲数积 累 误差 等方面 , 将零 位信号反 馈给主 控系统 , 实现全过程 自动控制 . 应磁场强度变化 , 并转化成 电阻大 小的变化 , 经 过信号 处理得到标准 T L 矩形脉冲信号 , 从而 实现数字化转化 . 旋转方向 前 位 速 电 部 移 度 流 系 控 控 控 统 制 制 制 零脉冲探测器 多极磁 化磁极 二二 :信号处 理 电路 图 1 编码器电机控制工作原理 F电 · I P山 e i P l e o f m o t o r e o n t or l b y e n c od e r 本文 将对具 有零 脉冲参 考信号高分辨率磁 编码 器 的研制过程进 行详细 讨论 . 在 高分辨率 磁编码器机理研 究的 基础 上 , 进 一步完善传感 器 应用特性 , 努力为我 国工 业 自动化提供 高性 能 的 基础 传感 器 , 1 普通增量型磁编码器 的工作原理`1 高分辨率 的磁敏 电 阻式编码 器的结构如 图 2 所示 , 主 要部分 由磁敏 电 阻敏 感元 件 、 永磁磁 鼓 、 信 号 处 理 电路及机械结 构 组 成 . 多极充磁 的磁鼓将 圆周 分割成 以磁极间距 为入的周 期性磁场强 弱 变化 , 当磁 极随着转动 系 统运动时 , 磁敏 电阻作 为敏感元件非 接触 的感 1卯9 一 1 2 一 2 4 收稿 田 跃 男 , 43 岁 , 副 教授 * 国家 自然 科学基 金资助课 题 ( N o . 6 9 5 74 0 2) 图 2 磁编码器结构原理图 F ig · 2 S t ur e ut r a l d r a w i n g o f m a g n e it e e n c ed e r 2 零脉冲磁编码器 的研制过程 2 . 1 具有零参信号 的永磁磁鼓 本研 究 选用 超精 细粘 接 永磁 材料 注 塑成 形 , 采用计算机控制 旋转充磁方法 , 将带零脉冲 参考信号磁编码器的磁鼓充磁如 图3 所示结构 . 磁鼓有 2 个轨道 : 增量脉冲轨道和 零脉冲参考 轨道 . 增 量轨 道信号为编码器的每周 期磁极个 数即磁 编码器 的分辨能力 ; 零脉冲 参 考轨道 , 每 周 只 充 出 1 对磁极 . .2 2 敏感元件设计与零脉冲信号 的检出 为 了将上述磁鼓增量脉冲轨道和 零脉冲轨 道磁场强弱信号 同时检测 出来 , 本研 究将坡莫 合金 N l一 Fe , N l曰 C 。 各 向异 性磁敏 电阻薄膜材料 , 采用光刻方法制成如 图 4 ( a) 所示 的结构 . 其 中 条纹 1一 8 为具 有一定 位相 差 增 量型脉冲信号检 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 03. 018