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)時產(chǎn)生周期性分布的空間漏磁場。磁傳感器探針通過磁致發(fā)光效應將變化的磁場信號轉(zhuǎn)換為電阻的變化。在外部電勢的影響下，改變的電阻值被轉(zhuǎn)換為電壓的變化。經(jīng)過后續(xù)的信號處理電路，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)字信號，從而實現(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，使磁鼓隨電機旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生周期性的空間漏磁，作用于磁阻，實現(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強度是決定NorthStar磁編碼器結(jié)構(gòu)和輸出信號質(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，可分為磁阻半導體器件和強磁磁阻器件。為了提高信號提取的靈敏度，并考慮差分結(jié)構(gòu)對敏感元件溫度特性的補償作用，在磁化間隔內(nèi)蝕刻兩個相位差為on/2的條帶，形成半橋串聯(lián)網(wǎng)絡。如下圖所示：



為了提高北極星編碼器的分辨率，可以在磁頭上同時布置幾個磁阻敏感元件。在電壓下，磁阻元件通過磁鼓的旋轉(zhuǎn)發(fā)出相應的正弦波。原理很容易解釋：磁鼓產(chǎn)生NS的磁場進行圓周運動，由磁阻元件制成的傳感器隨著磁場的變化而改變電阻，并檢測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的接觸處被檢測到，并且類似地，SinB電壓波形也可以在Mr2、Mr3和Mr4的接觸處所檢測到。


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

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