NorthStar磁性編碼器的結(jié)構(gòu)組成和原理

NorthStar磁編碼器的主要部分由磁阻傳感器、磁鼓和信號(hào)處理電路組成。將磁鼓記錄成均勻排列的小磁極，小磁極被磁化，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期性分布的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探針通過(guò)磁致發(fā)光效應(yīng)將變化的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻的變化。在外部電勢(shì)的影響下，改變的電阻值被轉(zhuǎn)換為電壓的變化。經(jīng)過(guò)后續(xù)的信號(hào)處理電路，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)北極星磁編碼器的編碼功能。



磁鼓磁化的目的是將磁鼓上的小磁極磁化，使磁鼓隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期性的空間漏磁，作用于磁阻，實(shí)現(xiàn)編碼功能。磁鼓磁極的數(shù)量決定了編碼器的分辨率，磁鼓磁極均勻性和剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度是決定NorthStar磁編碼器結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。下圖：磁鼓表面的磁極分布



磁阻傳感器由磁阻敏感元件組成，可分為磁阻半導(dǎo)體器件和強(qiáng)磁磁阻器件。為了提高信號(hào)提取的靈敏度，并考慮差分結(jié)構(gòu)對(duì)敏感元件溫度特性的補(bǔ)償作用，在磁化間隔內(nèi)蝕刻兩個(gè)相位差為on/2的條帶，形成半橋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如下圖所示：



為了提高北極星編碼器的分辨率，可以在磁頭上同時(shí)布置幾個(gè)磁阻敏感元件。在電壓下，磁阻元件通過(guò)磁鼓的旋轉(zhuǎn)發(fā)出相應(yīng)的正弦波。原理很容易解釋?zhuān)捍殴漠a(chǎn)生NS的磁場(chǎng)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，由磁阻元件制成的傳感器隨著磁場(chǎng)的變化而改變電阻，并檢測(cè)Sina和SinB的電壓波形。磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，分為兩組，8個(gè)磁極之間的距離為1/4 S。Sin電壓波形可以在Mr1、Mr2、Mr3和Mr4的接觸處被檢測(cè)到，并且類(lèi)似地，SinB電壓波形也可以在Mr2、Mr3和Mr4的接觸處所檢測(cè)到。


磁阻元件構(gòu)成的磁阻傳感器等效圖

從磁阻傳感器輸出的兩路波形

NorthStar磁性編碼器信號(hào)處理電路：Sina和SinB信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理電路后，需要將波形調(diào)整到CPU掃描范圍內(nèi)。首先，AB信號(hào)必須經(jīng)過(guò)直流電壓調(diào)節(jié)，使AB信號(hào)的直流電壓電平處于DSPA/D采樣電壓范圍的中心，振幅不超過(guò)采樣電壓范圍。然后，AB信號(hào)通過(guò)模擬濾波器和數(shù)字濾波器濾除高頻和諧波，并且通過(guò)DSP的高速計(jì)算能力實(shí)時(shí)計(jì)算位置和速度；另一種處理方法是在進(jìn)入DSP之前，通過(guò)信號(hào)處理電路將Sina和SinB信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為方波。

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