NorthStar磁性編碼器的結構組成和原理

NorthStar磁性編碼器的結構組成和原理

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，旋轉時產生周期性分布的空間漏磁場。磁傳感器探針通過磁致發光效應將變化的磁場信號轉換為電阻的變化。在外部電勢的影響下，改變的電阻值被轉換為電壓的變化。經過后續的信號處理電路，將模擬電壓信號轉換為計算機可以識別的數字信號，從而實現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，使磁鼓隨電機旋轉時產生周期性的空間漏磁，作用于磁阻，實現編碼功能。磁鼓磁極的數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磁編碼器結構和輸出信號質量的重要參數。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，并考慮差分結構對敏感元件溫度特性的補償作用，在磁化間隔內蝕刻兩個相位差為on/2的條帶，形成半橋串聯網絡。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發出相應的正弦波。原理很容易解釋：磁鼓產生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。磁阻傳感器的結構如圖所示，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，需要將波形調整到CPU掃描范圍內。首先，AB信號必須經過直流電壓調節，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信號直接轉換為方波。

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