拾磁磁头的工作原理及应用探析

拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把磁尺上的磁化信号检测出来，变成电信号送给测量电路。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静止时也能够进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。它由铁心、两个串联的励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成。磁通响应型磁头及双磁头辨向示意图如图8-33所示。

图8-33 磁通响应型磁头及双磁头辨向示意图

拾磁磁头的工作原理是将高频励磁电流通入励磁绕组时，在磁头上产生磁通，当磁头靠近磁尺时，磁尺上的磁信号产生的磁通经过磁头铁心，并被高频励磁电流产生的磁通所调制，从而在拾磁绕组中产生感应电压。

根据检测方法的不同，磁栅检测也可分为鉴相测量和鉴幅测量。其中鉴相式应用较多。以双磁头相位检测为例，给两磁头通以频率相同、相位差π/2的励磁电流，则在两个磁头的励磁绕组中分别输出感应电压u₁和u₂为

将u₁、u₂求和得输出电压u为

式中K——磁电耦合系数；

Φ_m——励磁磁通幅值；

λ——磁尺上磁化信号节距；

X——磁头在磁尺上的位移量；

ω——励磁电流角频率。

从式（8-7）中可以看出，输出电压随磁头相对于磁尺的位移量X的变化而变化，因而根据输出电压的相位变化，可以测定磁栅的位移量。

双磁头相差（m＋1／4）λ距离，m为正整数，相当于90°电气角，故可利用输出电压u₁、u2超前与滞后来确定磁尺的运动方向。

事实上，式（8-7）是由两部分组成的：

如果磁头不动，那么由于可饱和铁心上有一个5kHz励磁，使提供给录在磁带上的磁道的磁通路是一个变化磁阻的磁路，当然会引起磁道做出相应的变化，这一部分就是sinωt部分。第二部分就是录在磁带上的磁动势是以正弦函数变化的，通过当λ＝X时，sin²πX为0，

λ可以弄清这个三角函数的意义。

使用单磁头输出信号小，而且对磁尺上磁化信号的节距和波形精度要求高，因此不能采用饱和录磁。为此，在实用时将几十个磁头以一定方式连接起来，组成多磁头串联（多间隙）应用方式（见图8-34所示）。

图8-34 多磁头串联（多间隙）磁通响应型磁头及输出电压

每个磁头以相同间距λ／2配置，并将相邻两个磁头的输出线圈反相串联，其总的输出电压是每个磁头输出电压的叠加。当相邻磁头的间距λ_m/2恰好等于磁性尺上磁化信号的节距λ的1/2和λ_m/λ＝3、5、7时，总的输出最大，其他情况下总的输出最小。

为了辨别磁头与磁尺相对移动的方向，通常采用两组磁头彼此相距（m±1／4）λ（m为正整数）的配置。辨向磁头的配置如图8-35所示。它们的输出电压分别为：

图8-35 辨向磁头的配置

从上式可见，磁栅尺的辨向原理与光栅尺、感应同步器是完全一致的。