磁栅尺的工作原理是什么？
文章来源：上海开地电子有限公司 发布时间：2025/12/01 点击数：
磁栅尺的工作原理是什么？磁栅尺的工作原理基于电磁感应定律和精密录磁技术，核心是通过 “磁性标尺记录位移基准”+“磁头读取磁场变化”+“电路处理信号” 三个步骤，将机械位移转化为可计算的电信号，最终实现位移测量。其具体过程可拆解为以下四个关键环节：
一、前提：磁性标尺的 “位移基准” 生成
磁性标尺是磁栅尺的测量基准，其表面预先通过录磁工艺磁化出规律的 “磁信号阵列”，相当于为位移测量建立了 “刻度”：
录磁时，专用录磁头会在磁性材料（如铁镍合金、永磁钢带）表面，按固定间距（称为 “栅距”，常见值为 0.05mm、0.1mm、1mm 等）磁化出交替排列的N 极和 S 极，形成连续的 “磁栅”；这些 N/S 极的排列规律是固定的，每一个栅距对应一个固定的物理位移（例如栅距 0.1mm，意味着相邻 N/S 极之间的距离为 0.1mm），后续测量即通过 “计数 N/S 极的变化次数” 来换算位移。
二、核心：磁头与标尺的 “非接触式信号读取”
磁头是感知磁场变化的核心部件，与磁性标尺保持微小间隙（通常 0.1~0.3mm，非接触式）；安装：当设备的活动部件（如机床滑台）带动磁头相对磁性标尺运动时，磁头会感应到磁场的周期性变化，具体分为两种常见工作模式：
1、静态磁头（磁通响应型）：依赖激励信号的 “调制”
静态磁头本身不含永久磁铁，需外接高频激励电压（如 100kHz~1MHz），其内部有两个反向串联的线圈（初级线圈通激励信号，次级线圈感应信号），工作时：
a：当磁头对准磁性标尺的 N 极时，铁芯磁阻减小，次级线圈感应的信号增强；
b：当磁头对准 S 极时，铁芯磁阻增大，次级线圈感应的信号减弱；
c：磁头移动过程中，次级线圈会输出与 N/S 极交替频率一致的 “调幅信号”（信号幅度随磁场变化而周期性波动），其波动频率与磁头移动速度成正比。
2、动态磁头（永磁式）：直接感应 “动生电动势”
动态磁头内置永久磁铁，形成固定磁场，其内部线圈直接切割磁性标尺的交变磁场（相当于 N/S 极相对线圈运动）：根据电磁感应定律，线圈切割磁感线时会产生 “动生电动势”，电动势的方向随 N/S 极的交替而反向，大小与磁头移动速度成正比；最终输出的是 “交变正弦波信号”（速度越快，信号频率越高；位移越远，信号周期数越多）。
三、关键：检测电路的 “信号处理与位移换算”
磁头输出的原始电信号（调幅信号或正弦波信号）通常微弱且含噪声，需通过检测电路进行处理，最终转化为可计算的位移值，核心步骤包括：
1、信号放大与滤波：
通过放大器增强信号幅度，再通过滤波电路去除车间电磁噪声、振动干扰，保留纯净的周期性信号；
2、信号整形与细分：
整形：将正弦波信号转化为方波信号（便于计数），通过 “过零检测” 确定每一个 N/S 极的切换时刻；
细分：若直接计数方波周期，位移分辨率仅等于 “栅距”（如 0.1mm），无法满足高精度需求。因此需通过 “电子细分技术”（如 16 细分、100 细分），将一个栅距对应的信号周期拆分为 N 个小单位，例如 100 细分可将 0.1mm 的栅距分辨率提升至 0.001mm（1μm）；
计数与换算：计数器记录方波信号的周期数（含细分后的小单位），再根据 “周期数 × 细分后单个单位的位移”，即可计算出磁头相对标尺的绝对位移量（若为增量式磁栅尺，需配合原点信号确定初始位置；若为绝对式磁栅尺，标尺预先记录绝对位置编码，可直接读取绝对位移）。
四、总结：从 “位移” 到 “数据” 的完整逻辑
磁栅尺的工作流程可简化为：机械位移（磁头移动）→ 磁场变化（N/S 极交替）→ 电信号感应（磁头输出）→ 信号处理（放大 / 细分）→ 位移计算（计数换算）→ 输出数据（数字量 / 模拟量）；其本质是通过 “非接触式电磁感应”，将物理位移转化为可量化的电信号，最终实现对直线或旋转位移的高精度测量。
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