磁头检测电路及相位检测系统

磁头是进行磁—电转换的变换器，它把反映空间位置变化的磁化信号检测出来，转换成电信号输送给检测量装置中关键元件。

1.磁通响应型磁头

磁通响应型磁头是一个带有可饱和铁心的磁性调制器。如图6-27所示，它用软磁性材料（坡莫合金）制成，上面绕有两组串联的激磁绕组和两组串联的拾磁绕组。当励磁绕组通以I₀sin（ωt/2）的高频激磁电流时，产生两个方向相反的磁通Φ₁，与磁性标尺作用于磁头的磁通Φ₀叠加在拾磁绕组上，就感应出载波频率为高频励磁电流频率两倍频率的调制信号输出，其输出电动势为

E=E₀sin（2πx/λ）sinωt （6-17）

式中 E₀——常数；

λ——磁化信号节距；

x——磁头在磁性标尺上的位移量；

ω——励磁电流频率。

由式（6-17）可见，输出信号与磁头和磁性标尺的相对速度无关，而由磁头在磁性标尺上的位置所决定。

图6-27 磁通响应型磁头

2.多间隙磁通响应型磁头

使用单个磁头读取磁化信号时，由于输出信号电压很小（几毫伏到几十毫伏），抗干扰能力低，所以，实际使用时将几个甚至几十个磁头以一定方式联接起来，组成多间隙磁头（见图6-28）使用。它具有高精度、高分辨率和大的输出电压等特点。

图6-28 多间隙磁通响应型磁头

多间隙磁头中的每一个磁头都以相同的间距λ_m/2配置，相邻两磁头的输出绕组反向串接，这时得到的总输出为每个磁头输出信号的叠加。(www.xing528.com)

为了辨别磁头与磁尺相对移动的方向，通常采用磁头彼此相距（m+1/4）λ（m为正整数）的配置，如图6-29所示。它们的输出电压分别为

从上式可见，磁尺的辨向原理与光栅、感应同步器是一致的。

图6-29 辨向磁头配置

3.检测电路

磁栅检测电路包括：磁头激磁电路、读取信号的放大、滤波及辨向电路、细分内插电路、显示及控制电路等各个部分。

同样，根据检测方法的不同，也有幅值测量和相位测量两种，以相位测量应用较多。

相位检测是将第1组磁头的激磁电流移相45°，或将它的输出信号移相90°，得

将两组磁头输出信号求和，得

由上式看出，磁栅相位检测系统的磁头输出信号与感应同步器在鉴相工作方式下的输出信号是相似的。所以，它们的检测电路也基本相似。图6-30是磁栅相位检测系统的一种原理方框图。由脉冲发生器发出的400Hz脉冲列经80分频，得到5kHz的励磁信号，再经带通滤波器变成正弦波，后分成两路：一路经功率放大器送到第1组磁头的励磁线圈，另一路经45°移相后，由功率放大器送第2组磁头的励磁线圈。从第2组磁头读出信号（E₁，E₂），由求和电路，即得相位随位移x而变化的合成信号。该信号经放大、滤波、整形后变成10kHz的方波。再与一相励磁信号（基准相位）鉴相以及细分内插的处理，即可得到分辨率为5μm（磁尺上的磁化信号节距为200μm）的位移测量脉冲。该脉冲可送至显示计数器或位置控制回路。

图6-30 磁栅相位检测系统