NorthStar磁性编码器的结构组成和原理

NorthStar磁性编码器的结构组成和原理

NorthStar磁编码器的主要部分由磁阻传感器、磁鼓和信号处理电路组成。将磁鼓记录成均匀排列的小磁极，小磁极被磁化，旋转时产生周期性分布的空间漏磁场。磁传感器探针通过磁致发光效应将变化的磁场信号转换为电阻的变化。在外部电势的影响下，改变的电阻值被转换为电压的变化。经过后续的信号处理电路，将模拟电压信号转换为计算机可以识别的数字信号，从而实现北极星磁编码器的编码功能。



磁鼓磁化的目的是将磁鼓上的小磁极磁化，使磁鼓随电机旋转时产生周期性的空间漏磁，作用于磁阻，实现编码功能。磁鼓磁极的数量决定了编码器的分辨率，磁鼓磁极均匀性和剩余磁场强度是决定NorthStar磁编码器结构和输出信号质量的重要参数。下图：磁鼓表面的磁极分布



磁阻传感器由磁阻敏感元件组成，可分为磁阻半导体器件和强磁磁阻器件。为了提高信号提取的灵敏度，并考虑差分结构对敏感元件温度特性的补偿作用，在磁化间隔内蚀刻两个相位差为on/2的条带，形成半桥串联网络。如下图所示：



为了提高北极星编码器的分辨率，可以在磁头上同时布置几个磁阻敏感元件。在电压下，磁阻元件通过磁鼓的旋转发出相应的正弦波。原理很容易解释：磁鼓产生NS的磁场进行圆周运动，由磁阻元件制成的传感器随着磁场的变化而改变电阻，并检测Sina和SinB的电压波形。磁阻传感器的结构如图所示，分为两组，8个磁极之间的距离为1/4 S。Sin电压波形可以在Mr1、Mr2、Mr3和Mr4的接触处被检测到，并且类似地，SinB电压波形也可以在Mr2、Mr3和Mr4的接触处所检测到。


磁阻元件构成的磁阻传感器等效图

从磁阻传感器输出的两路波形

NorthStar磁性编码器信号处理电路：Sina和SinB信号到达信号处理电路后，需要将波形调整到CPU扫描范围内。首先，AB信号必须经过直流电压调节，使AB信号的直流电压电平处于DSPA/D采样电压范围的中心，振幅不超过采样电压范围。然后，AB信号通过模拟滤波器和数字滤波器滤除高频和谐波，并且通过DSP的高速计算能力实时计算位置和速度；另一种处理方法是在进入DSP之前，通过信号处理电路将Sina和SinB信号直接转换为方波。

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