基于磁敏傳感技術的位移測量編碼與識別

基于磁敏傳感技術的編碼式位移測量，存在測量的相對量或絕對量時表征長度受限制等問題，針對這砦技術缺陷，提出了一種新型的絕對量編碼方法：按編碼規則把被測工作部件制作成磁性標尺，經磁敏傳感器識別出其編碼序列，序列包含數值碼和標識碼，前者用于磁性標尺的粗定位，后者用于精定位，該方法可以通過調整數值碼的位數達到測量任意位移長度的目的，并且得到的是絕對位移值。

位移測量的常見方法有圖像分析法、雙頻激光測量法、光柵或磁柵測量法、磁阻或磁場測量法等。其中基于磁敏傳感技術的磁性標尺型測最方法具有如下優點：不存在因相對運動出現的部件磨損問題；信息靈敏度高，動態響應好；易于實現傳感器集成化、智能化；功耗低，安全可靠等。但目前的測量方法存在以下缺陷：

記數方式的相對暈測量，在失電后會丟失對正確位置的記憶：幀重疊編碼方式的絕對景測量，容錯能力差，表征長度受限。針對這些技術缺陷，本文提出了一種帶有標志位的絕對式編碼方法，使得識別出的序列含有用于粗讀數的數值碼和用于精讀數的標識碼，不僅避免了相對式測量的“失憶”問題，而且突破了絕對式測量的表征范圍瓶頸，增強了容錯能力。

1 編碼規則

編碼采用格雷碼(Gray)為數值碼，以某一固定碼寬為參考碼R，它用于標尺定位和提高精度。Gray碼是一種絕對編碼方式的無權碼，它所具有的循環、單步特性能消除隨機取數時出現重大誤差的可能，其任意兩個柏鄰整數之間轉換時，只有一個位數發生變化，大大減少了由一個狀態轉到下一個狀態時的邏輯混淆，具有較強的容錯能力。以6位編碼為例，其部分十進制數與Gray碼的一一對應關系如表1所示。

2 磁路結構與識別

采用圖1所示的測量結構，其中被測工作部件要求屬于鐵磁性材料。文獻中指出在固定的磁場中，表面變化的曲率越大，引起的周圍磁場，變化也越大。為了使磁場的影響最大，選用凹槽作為測罩標志，以單位寬度(bmm)的凹槽表示“0”或碼元間隔，單能寬度的“凸槽”表示“1”，兩倍單位寬度的“凸槽”表示標志位R。在工作部件表面，按上述的編碼規則加下出一系列凹槽，然后噴涂上非磁性材料，形成磁性標尺。圖1所示的磁性標尺表示Gray碼01 1010碼區，黑色部分表示非磁性材料。

激勵磁場采用長方體永久磁體，其磁極贏接對著磁性標尺，使測量出的有效磁場變化范圍大。

磁場通過磁性標尺形成通路，磁敏元件測出磁性標八表面變化引起的磁場變化。通過磁路分析和標罩磁位等高線計算發現，磁性標尺的槽深h越人越好，槽寬b應小于3mm。

根據磁敏傳感原理，“凹槽”和“凸槽"會導致不同的磁場強度，從而使磁敏元件相應地輸出不同的電半信號“0”或“1”，形成數值碼，用于確定位移的粗讀值；而標志位R碼寬兩倍于碼元“1”寬度的特點，使得識別后的序列出現具有固定特征的標識碼，它用于精讀數。