專利名稱：磁柵碼盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，角度精密測量裝置。本發(fā)明是由發(fā)明人提出的磁柵數(shù)顯長度計量器具(專利申請?zhí)?3108665.5)的磁柵測量原理在角度測量上的應(yīng)用。是磁柵測量技術(shù)的推廣與應(yīng)用。磁柵碼盤的發(fā)明可以使角度測量精度提高，角度測量技術(shù)簡化，可以用較簡單的裝置代替目前使用的光柵碼盤與各種類型的角度傳感器。
目前在測量技術(shù)領(lǐng)域，角度的測量最常用各種型式有電感式角度傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器，自整角機(jī)等電磁元件。這些電感式傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器接上復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，可以使角度測量達(dá)到較高的精度。但同時要求傳感器及旋轉(zhuǎn)變壓器本身具有較高的設(shè)計與加工精度。要達(dá)到角秒級的測量精度傳感器與電子線路的實現(xiàn)都是很困難的，同時需要較高的成本，一般需要幾十萬元的經(jīng)費。光柵碼盤亦是常用的角度測量裝置。它可以達(dá)到角秒級的測量精度，但它受到本身工藝的限制，每毫米長度內(nèi)最多能刻50-100條線的光柵。要想再增加幾乎是不可能的。另外光敏器件也受到了限制。磁柵碼盤是采用磁記錄原理發(fā)展的一種磁柵角度測量技術(shù)。磁記錄原理在錄音錄像領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)有半個多世紀(jì)的歷史，并已發(fā)展到了相當(dāng)高的水平。最近二十年來磁記錄在計算機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)的存儲與讀出技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。計算機(jī)硬盤，軟盤存儲容量與存儲密度已達(dá)到了很高的水平。這些都給磁柵碼盤的發(fā)展提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
圖一表示了磁柵碼盤的結(jié)構(gòu)原理圖，它是由固定部分1.磁頭A，B2.電路板3.集成電路4.液晶顯示器9.電池6.零位裝置與旋轉(zhuǎn)部分5.磁柵圓盤8.轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。另有7.外殼與10.軸承蓋組成。磁柵圓盤采用非導(dǎo)磁材料鋁合金作基底材料在磁柵圓盤上涂復(fù)一層永磁材料(磁粉r.Fe203)。磁層的厚度約1-3微米。磁層必須具有好的平整度與耐磨性，在磁層表面復(fù)蓋碳保護(hù)層，保護(hù)層厚度0.5-1微米，磁柵圓盤由轉(zhuǎn)軸帶動。在磁頭A，B下方的磁柵圓盤上有磁道Wa，Wb。磁道Wa，Wb永磁層事先經(jīng)專門儀器磁化，對應(yīng)于兩個磁頭下的磁層為相等長度的N-S，S-N小永久磁鐵。兩個磁頭下的磁層中，小永久磁鐵在位置上相差b/2(b是小永久磁鐵的長度)。
圖二表示了磁柵增量或碼盤測量系統(tǒng)的原理方塊圖。它是由磁柵圓盤的磁道Wa，磁道Wb與磁頭A，磁頭B，信號放大處理電路F1.F2，脈沖合成方向判別電路S，角度計數(shù)電路C，液晶顯示器P及電池Ba零位裝置O構(gòu)成。
當(dāng)磁柵圓盤以角速度W旋轉(zhuǎn)，由于磁道中的小永久磁鐵存在，使磁頭中感應(yīng)出一系列脈沖電壓。這些脈沖電壓經(jīng)放大與處理電路變成方波與計數(shù)合成脈沖。由于磁頭A與磁頭B位置上相差b/2，形成的方波相位相差1/4周期。每個磁頭采用中心抽頭接地，感應(yīng)繞組兩端輸出電壓信號相差180度相位。兩個磁頭可以產(chǎn)生相位相差90度的四個方波信號。因此當(dāng)磁柵圓盤移動b/2距離可以使計數(shù)器得到四個計數(shù)脈沖。
圖三是表示磁頭A，B，四路信號放大處理電路。脈沖合成方向判別電路的原理圖。～四路脈沖電壓信號經(jīng)過信號放大器A1，A2，A3，A4的放大后，經(jīng)四路斯密特觸發(fā)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，經(jīng)微分后成為四個計數(shù)脈沖，從PL處輸給角度計數(shù)器。同時用此計數(shù)脈沖與U2，U4的方波信號經(jīng)觸發(fā)器D1，D2，D3和與門U12，U13，及或門U14組成方向判別電路。判斷相對運動方向，由U14輸出，用“+～-”表示，控制計數(shù)器加計數(shù)與減計數(shù)。
圖四表示了磁頭A與磁頭B的間隙和磁柵圓盤線速度相垂直時的工作狀況。在這種狀況下，磁道Wa，Wb中的小永久磁鐵與磁頭的運動方向相垂直，可以得到更高的測量精度，小永久磁鐵的寬度也可以更小。
由于磁柵在1mm距離內(nèi)可以放置1000或更多的小永久磁鐵，因此它的測量精度可以大大提高。測量1角分的磁柵碼盤直徑只需20-30毫米，而測量1角秒的磁柵碼盤直徑也只需100毫米，比現(xiàn)有的光柵體積小許多。
權(quán)利要求
1.磁柵碼盤屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，精密角度測量裝置，用于利用磁柵測量原理的各種精密角度測量，其特征是利用磁柵碼盤上的磁頭A和磁頭B與經(jīng)預(yù)先磁化的磁柵圓盤中磁道的永久磁鐵間的相對轉(zhuǎn)動，在磁頭A與磁頭B上感應(yīng)出脈沖電壓信號，經(jīng)過信號放大處理電路，脈沖合成與方向判別電路，控制角度計數(shù)器計數(shù)，由液晶顯示測量的角度輸出，磁柵碼盤由固定部分和轉(zhuǎn)動部分組成，固定部分包括磁頭A，磁頭B，電路板，集成電路，液晶顯示器，電池，零位裝置，轉(zhuǎn)動部分包括磁柵圓盤和轉(zhuǎn)軸。
2.由權(quán)利要求1所說的磁柵碼盤其特征在于磁頭A與磁頭B下方的磁柵圓盤上的磁道A與磁道B由涂復(fù)的永磁材料層構(gòu)成。磁道A與磁道B預(yù)先經(jīng)磁化，形成等間隔極性相反的小永久磁鐵N-S，S-N，兩個磁道小永久磁鐵位置相差b/2。當(dāng)磁柵圓盤旋轉(zhuǎn)一角度，磁頭A與磁頭B即感應(yīng)出脈沖電壓信號。
3.由權(quán)利要求1所說的磁柵碼盤其特征是磁頭A與磁頭B感應(yīng)的脈沖電壓信號采用中心抽頭接地輸出，兩個磁頭形成相位差90°的四個脈沖電壓信號，因此測量裝置移動2b距離，角度計數(shù)器可以接受四個計數(shù)脈沖，四路脈沖電壓信號經(jīng)放大器A1，A2，A3，A4放大，經(jīng)四路斯密特觸發(fā)器U1，U2，U3，U4整形，由U5，U6，U7，U8倒相形成相位相差90°的方波，經(jīng)微分后形成四個計數(shù)脈沖。同時用此計數(shù)脈沖與U2，U4的方波信號經(jīng)D觸發(fā)器D1，D2，D3與門U12，U13及或門U14組成方向判別電路判別磁柵圓盤的旋轉(zhuǎn)角度的方向，控制角度計數(shù)器加計數(shù)與減計數(shù)。
4.由權(quán)利要求1所說的磁柵碼盤其特征是磁柵圓盤中的磁道A與磁道B的小永久磁鐵的方向排列可以與運動方向相平行亦可以與運動方向相垂直。在垂直的情況下可以得到更高的精度。此時磁頭A與磁頭B工作間隙的方向亦與平行時相差了90°。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，它是利用磁記錄原理在角度測量上的應(yīng)用，主要技術(shù)特征是在磁柵碼盤固定的部分安裝磁頭A與磁頭B，電路板，集成電路，液晶顯示器，電池與零位裝置，在旋轉(zhuǎn)的磁柵圓盤上涂覆永磁材料的磁層使之構(gòu)成磁道A與磁道B，磁道A，B由等間隔極性相反的小永久磁鐵構(gòu)成，當(dāng)磁柵圓盤旋轉(zhuǎn)時，磁頭線圈內(nèi)感應(yīng)出脈沖電壓信號，經(jīng)信號放大處理電路，脈沖合成與方向判別電路控制計數(shù)器計數(shù)，由液晶顯示器顯示角度數(shù)值輸出。
文檔編號G01B7/30GK1097865SQ9310913
公開日1995年1月25日 申請日期1993年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月2日
發(fā)明者陸濟(jì)群 申請人:陸濟(jì)群