中心議題：

• 磁敏傳感技術的位移測量編碼與識別研究

解決方案：

• 圖像分析法和雙頻激光測量法
• 光柵或磁柵測量法和磁阻或磁場測量法

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。其中基於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；易於實現傳感器集成化、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，在失電後會丟失對正確位置的記憶：幀zhen重zhong疊die編bian碼ma方fang式shi的de絕jue對dui景jing測ce量liang，容rong錯cuo能neng力li差cha，表biao征zheng長chang度du受shou限xian。針zhen對dui這zhe些xie技ji術shu缺que陷xian，本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong帶dai有you標biao誌zhi位wei的de絕jue對dui式shi編bian碼ma方fang法fa
，使shi得de識shi別bie出chu的de序xu列lie含han有you用yong於yu粗cu讀du數shu的de數shu值zhi碼ma和he用yong於yu精jing讀du數shu的de標biao識shi碼ma，不bu僅jin避bi免mian了le相xiang對dui式shi測ce量liang的de“失憶”問題，而且突破了絕對式測量的表征範圍瓶頸，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，它用於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dan步bu特te性xing能neng消xiao除chu隨sui機ji取qu數shu時shi出chu現xian重zhong大da誤wu差cha的de可ke能neng，其qi任ren意yi兩liang個ge柏bai鄰lin整zheng數shu之zhi間jian轉zhuan換huan時shi
，隻zhi有you一yi個ge位wei數shu發fa生sheng變bian化hua，大da大da減jian少shao了le由you一yi個ge狀zhuang態tai轉zhuan到dao下xia一yi個ge狀zhuang態tai時shi的de邏luo輯ji混hun淆xiao，具ju有you較jiao強qiang的de容rong錯cuo能neng力li。以yi6位編碼為例
，其部分十進製數與Gray碼的一一對應關係如表1所示。
2 磁路結構與識別

采用圖1所suo示shi的de測ce量liang結jie構gou，其qi中zhong被bei測ce工gong作zuo部bu件jian要yao求qiu屬shu於yu鐵tie磁ci性xing材cai料liao。文wen獻xian中zhong指zhi出chu在zai固gu定ding的de磁ci場chang中zhong，表biao麵mian變bian化hua的de曲qu率lv越yue大da

，引yin起qi的de周zhou圍wei磁ci場chang，變bian化hua也ye越yue大da。為wei了le使shi磁ci場chang的de影ying響xiang最zui大da，選xuan用yong凹ao槽cao作zuo為wei測ce罩zhao標biao誌zhi，以yi單dan位wei寬kuan度du（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”表示標誌位R。在工作部件表麵
，按上述的編碼規則加下出一係列凹槽，然後噴塗上非磁性材料
，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範圍大。

cichangtongguocixingbiaochixingchengtonglu，ciminyuanjiancechucixingbiaobabiaomianbianhuayinqidecichangbianhua。tongguocilufenxihebiaozhaociweidenggaoxianjisuanfaxian，cixingbiaochidecaoshenh越人越好，槽寬b應小於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，用於確定位移的粗讀值；而標誌位R碼寬兩倍於碼元“1”寬度的特點，使得識別後的序列出現具有固定特征的標識碼，它用於精讀數。

3 應用實例

若圖1中的“鐵磁性材料下作部件”表示液壓缸的活塞杆；“非磁性材料”為特製黑色陶瓷
，平整地覆蓋在活塞杆表麵；“磁敏元件”為霍爾元件，它以兩個單位寬度為軸向間隔，繞活塞杆環狀布置在液壓缸前端，軸線與活塞杆一·致，以便盡可能減少活塞杆的角位移和徑向位移的影響
，精確測出其位置。
 磁路結構 取h=3mm；b=2mm，則相鄰霍爾元件軸向間距N---4mm
，6位編碼的每組碼區長度L=30mm。
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可知
，要識別一個完粘的碼區必須設置9個霍爾元件
，但為了能隨時識別出一個完整碼區
，必須設置16個霍爾元件。以圖2所示時刻位置來說明其丁作過程，其中箭頭表示霍爾元件，數字為其編號。
霍爾電路的工作原理是，在外磁場的作用下
，當磁感應強度B超過導通工作點時
，霍爾電路輸出管導通
，輸出低電-半：若曰值低於釋放點時，輸出管截止，輸出高電半。因此在“凸槽”時鋼質活塞杆被磁化，磁感應強度曰增加，霍爾電路導通，輸出低電平
，用“1”表示；在“凹槽”時輸出高電平，用“0”表示。以第1個霍爾元件為測量基準，從圖2所示時刻起
，位移暈旃次變化b=2mm時，一個碼區行程內霍爾電路輸出的二進製序列如表2所示。分析可知，序列的標識碼為l 0000000 1
，其前麵或後麵6位序列數分別為相鄰的兩個數值碼，這使它具有很強的容錯能力。標識碼每隔一個霍爾元件間距N在低位部分右移一位。值得注意的是，標識碼前麵的數值碼代表磁性標尺當前檢測位置下一個碼區的值。 根據霍爾電路識別出的前置數值碼，在編碼庫找到對應的十進製數，假設為x，則磁性標尺行程的粗讀數為30×（j，-1）mm：精讀數根據標識碼l 0 0 0 0 0 0 0 1確定
，磁性標尺每左移4mm
，標識碼則右移一位。若低位不是標識碼
，則在上一個標識碼代表的行程上加2mm。假設標識碼右移了a位
，則精讀數為4xa+b，其中b當尾位為標識碼時取0mm
，否則取2mm。

綜上，液壓缸活塞杆的行程讀數為S=30（x—1）+4Xa+b此類磁性標尺編碼有兩人優點：第一，便於找到即時位置的絕對行程值
；第二，起校準作用，及時糾正行程計算錯誤。

4 結語

編碼技術廣泛應用於交通運輸業
、商業
、測量丁程、製zhi造zao業ye等deng領ling域yu，極ji大da地di提ti高gao了le數shu據ju采cai集ji和he信xin息xi處chu理li的de速su度du，改gai善shan了le人ren們men的de工gong作zuo和he生sheng活huo環huan境jing，提ti高gao了le工gong作zuo效xiao率lv。本ben文wen提ti出chu的de基ji於yu絕jue對dui量liang編bian碼ma和he磁ci敏min傳chuan感gan技ji術shu的de位wei移yi測ce量liang方fang法fa，以yi磁ci場chang方fang向xiang變bian化hua為wei檢jian測ce信xin號hao，其qi電dian磁ci轉zhuan換huan特te性xing使shi得de整zheng段duan磁ci性xing標biao尺chi可ke看kan作zuo一yi個ge二er進jin製zhi序xu列lie，從cong而er通tong過guo編bian碼ma技ji術shu狹xia得de被bei測ce量liang。所suo用yong方fang法fa克ke服fu了le機ji械xie式shi位wei移yi測ce量liang係xi統tong體ti積ji大da、精度低的缺點，具有行程長、測量精度與行程長度無關、可靠性高等優點，有較廣泛的應用價值。