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南京半导体设备角度传感器生产厂家

发布时间:2023-10-20 01:02:43
南京半导体设备角度传感器生产厂家

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摘要:为了提高转台伺服系统精度、抗干扰能力和提高可靠性,设计了一种基于磁栅位移传感器的角度测量装置。该装置以嵌入式微处理器STM32F103为核心构建,设计采用磁栅位移传感器,这种传感器能将位移信号转化为两路具有相位差的脉冲信号,将脉冲信号传输至STM32F103进行计数终将对位移的测量转化为对角度的测量,通过串口传送到上位机给出结果显示实验结果表明该装置具有较高的可靠性和测量精度。关键字:磁栅尺;角度测量;信号采集角度的测量是伺服转台系统的一个重要组成部分,目前广泛应用的角度测量传感器一般有光电编码器、光栅传感器2、正余弦旋转变压器等。光栅式传感器大量程测量精度仅低于激光干涉传感器,光栅测量技术成熟,精度和分辨率较高,应用较广泛。但由于机械振动易使光栅尺破碎,光栅尺抗冲击性、抗振性能不高,光器件的使用寿命短,结构定位组装复杂,成本较高,而正余弦变压器虽然构造简单,但是容易损坏不易维修。文中基于STM32微控制器,应用磁栅位移传感器设计了一种角度测量装置4,并且给出其硬件电路设计了及软件模块,后通过实验对其测量精度和可靠性进行了验证。1系统硬件设计及原理1.1角度测量系统总体设计角度测量系统硬件电路以ARM处理器为核心,由系统电源电路,传感器电路,通讯接口电路和主控芯片电路等5部分组成,本系统的硬件总体结构如图1所示。1.2 STM32F103微控制器本系统是高精度的位移测量传感器的信号处理系统,由于ST提供了完整的开发工具和库函数,使得用户方便的访问STM32的标准外设。因而在本设计中选择意法半导体ST公司推出的STM32F103微控制器STM32系列的微控制器是由意法半导体公司生产的基于 ARM Cortex--M3内核的微控制器,具有高性能、低成本、低功耗等特点。工作频率可达70MHz,内置高速存储器(128 kB Flash,20 kB SRAM),拥有丰富的增强I端口(大部分IO端口可5V兼容)和 USART、SPI、I2S、ADC、DAC等众多外设功能,提供84个中断、16级可配置优先级,并且可在-40~105℃的温度下工作。1.3磁栅位移传感器的工作原理磁栅位移传感器是一种可将位移转换为数字脉冲的传感器-12,这种传感器由磁栅尺、磁头组成。当磁头在尺上面发生位置变化时,编码器产生周期性的增量脉冲,因此,实现对脉冲的计数就可以完成对位移的测量。编码器可输出A,B,Z3个信号,其中A,B两路信号为相位相差90°的方波信号,Z相为每转一圈的标志信号,每圈只产生一个脉冲,信号波形图如图2所示。磁栅位移传感器的工作原理由波形图可以看出,在一个周期内,相位相差90°的AB两路信号可以有4种电平组合,分别是下图的4种组合状态。当磁头正向移动时,状态变化为10>11>01>00,反向移动时,状态变化为01>11>10>00,并且以此周期性循环,可以看到,无论在正向还是在反向移动的情况下,对于任意一个状态,它的前一个或后一个状态是一确定的。例如状态11,在正向移动时,前一个状态是10,后一个状态是01,而在反向移动式,前一个状态是01,后一个状态是10。因此,可根据A、B相组合电平的变化来判断磁头的移动方向和四倍频的细分计数。1.4差分信号转换电路在系统实验中,由于要采用磁柵尺作为位移传感器,而磁柵尺传感器输出的是差分信号,因而我们在信号处理系统中集成了差分信号转换电路,将磁栅尺输出的差分信号进行转换后送入下位机,由处理器芯片读取脉冲信号进行计数得到的数据通过RS232通讯接口送给上位机进行处理显示。转换电路如图3所示。差分信号转换电路 本设计中采用MAX3095作为传感器差分信号转换芯片,MAX3095是美国美信公司生产的四通道RS422/RS485发送器,其采用单5V电源供电,支持热插拔,具有ESD保护电路,因而能很好的实现光栅输入的差分信号的转换,本模块具体电路原理如图所示。经过磁栅输入的3对差分信号(六路)经过阻抗匹配电路后分别送入MAX3095芯片的3个通道,经过芯片接收转换后,转变成处理器能够识别的TTL信号送入STM32进行后续处理。1.5 RS232串口电路STM32F103芯片内部集 USART成有3个,因此本系统与上位机通讯通过RS-232串行接口来实现13-141,其结构简单,使用方便。本设计选用美信公司的MAX3232串口驱动芯片,该芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准接口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电,具有片载电荷泵升压、电压极性反转能力和功耗低等特点。内部集成2个RS-232驱动器和2个RS-232接收器。具体电路如图4所示。RS232串口电路2 软件设计 在本方案中,编码器A、B相的信号输入到STM32微控制器引脚,由两信号的上升和下降边沿分别触发中断请求,调用 GPIO ReadInput DataBit函数来读取引脚的输入值,高电平是1,低电平是0,从而得到A、B相信号组合的编码值,并根据现组合编码值的前一个状态来判断编码器是正转还是反转,正转则计数加1,反转则计数减1。例如,现得到组合状态值11,如果前一状态是10,则编码器正转,计数加1,如果是01,则相反。通过软件实现编码器信号的倍频鉴相和判断计数,后完成角度换算。当前状态为11的程序流程如图5所示。软件设计利用STM32较高的性能,实现软件四倍频鉴相计数,不但简化了电路结构,而且使系统开发方便、快捷、更具灵活性。在编码器相对运动一圈产生的15865个脉冲周期里,总共产生63460个周期性分频编码,由此可知,角度变化量△a与计数值n的关系:△a=n(6000/63460),单位为密位。角度在信号处理中需要使用Z相脉冲信号,在Z相脉冲产生中断时,角度计数清零,从而实现0密位的校正。3 实验结果 根据上述方案,完成硬件电路设计和相关软件的调试。实验将磁柵尺在一个圆环上绕满一圈并固定在电机的旋转轴上,将磁头固定在圆环上方,后对角度测量装置进行角度测量调试,并利用C+builder编写了上位机程序显示调试结果,上位机显示的测量结果如图6所示。从图中的结果可以看出本装置测量精度可以达到0.01密位,并且随着圆环的直径增大,精度将会越大实验结果4结论 文中设计了一种基于磁柵位移传感器的高精度角度测量系统,详细介绍了系统的测量原理,给出了总体设计电路图,并通过实验表明该角度测量系统具有响应速度快、测量精度高等优点,具有很高的研究意义和市场价值。

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磁栅尺的设计磁栅的一个重要特点是磁栅尺与磁头处于接触式的工作状态。磁栅的工作原理是磁电转换,为保证磁头有稳定的输出信号幅度,考虑到空气的磁阻很大,故磁栅尺与磁头之间不允许存在较大和可变的间隙,是接触式的。为此带型磁栅在工作时磁头是压入于磁带上的,这样即使带面有些不平整,磁头与磁带也能良好的接触。线型磁栅的磁栅尺和磁头之间约有0.01mm的间隙,由于装配和调整不可能达到理想状态,故实际上线型磁栅也处于准接触式的工作状态。栅的另一个重要特点是磁栅尺处于一定的张紧状态 磁栅尺粘接温度磁栅尺较好的粘接温度是从+21°到 38°C,如果温度在11°C或更低,粘接剂会变得太硬粘合力会不够,在正确应用情况下,粘合力在零下温度时也能保证。 粘合72小时后结合力会到*大(在21°C)

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影响光栅尺测量精度的因素:A:光学部分 B:机械部分 C:电气部分 D:使用中的安装与传输接收部分,使用后的精度下降,机械部分自身的偏差。A、光学部分对精度的影响:光栅玻璃—主要的是母尺精度、每毫米刻线数、刻线精度、刻线宽度一致性等。光发射源—光的平行与一致性、光衰减。光接收单元—读取误差、读取响应。光学系统使用后的影响—污染,衰减。B、机械部分对精度的影响:安装精度。轴承的精度与结构精度。光学组建安装的精度。C、电气部分对精度的影响:电源的稳定精度—对光发射源与接收单元的影响。读取响应与电气处理电路带来的误差;电气噪音影响,取决于光栅尺电气系统的抗干扰能力;D、光栅尺使用中带来的精度影响输出电缆的抗干扰与信号延迟(较长距离或较快频率下);接收设备的响应与接收设备内部处理可能的误差。光栅尺高速位移时的动态响应偏差。*常见的就是我们自己使用安装的方法与安装结果带来的偏差。综上所述,光栅尺的分辨率和精度其实是两个完全不同的概念,但是二者有关联,高分辨率可以得到高的测量精度,但不是高分辨率一定能得到高的测量精度。在同等条件下,理论上高分辨率光栅尺一定可以得到高的测量精度。

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磁栅尺是利用与录音技术相似的方法,通过录磁头在磁性尺(或盘)上录制出间隔严格相等的磁波这一过程称为录磁。已录制好磁波的磁性尺称为磁栅尺。磁栅尺上相邻栅波的间隔距离称为磁栅的波长,又称为磁栅的节距(栅距)。那么磁栅尺在使用中会遇到哪些问题呢?当开机后,磁栅尺没有任何反应,工/英制指示灯也不亮。出现故障的原因:)电源线未接好;如电源线松脱;保险丝已烧断2)可能是磁栅尺保险丝已烧断磁栅尺工作原理跟滑动变阻器一样,是作为分压器使用,以相对电压来显示所测量位置的实际位置。因此,就对它提出了几点要求:一、供电电压要稳定工业电源要求±0.1%的稳定性,比如基准电压5V,允许有±0.01V的波动,否则,会导致显示的圈套波动。如果这时的显示波动幅度不超过波动电压的波动幅度,电子尺就属于正常。二、 供电电源要有足够的容量如果电源容量太小,容易发生合模运动会导致射胶电子尺显示跳动,或熔胶运动会导致合模电子尺的显示波动。特别是电磁阀驱动电源于电子尺供电电源在一起时容易出现上述情况,严重时可以用万用表的电压档测量到电压的波动。如果在排除了静电干扰、高频干扰,对中性不好的情况下仍不能解决问题,也可以怀疑是电源的功率偏小。三、静电干扰和调频干扰很容易使电子尺显示数字跳动。设备的强电线路与电子尺的信号线分开线槽。电子尺应使用强制接地支架,且磁栅尺外壳(可测量端盖螺丝与支架之间的电阻,应小于1Ω电阻)良好接地,信号线使用屏蔽线,且在电箱的一端应予将屏蔽线接地。静电干扰时,一般万用表的电压测量非常正常,但就是显示数字跳动;高频干扰时其现象也一样。验证是不是静电干扰,用一段电源线将电子尺的封盖螺丝与机器上某一点金属短接即可,只要一短接,静电干扰立即消除。但高频干扰就难以用上述办法消除,而且机器手、变频节电器多出现高频干扰,可以用停止机械手或变频节电器的办法验证。四、安装对中性要好角度容许±12°误差,平行度容许±0.5mm,如果角度误差和平行度误差都偏大,就会导致显示数字跳动。在这种情况下,一定要对角度和平行度的调整。五、对于使用时间很久的电子尺密封老化,可能有很多杂质,并有油、水混合物,影响电刷的接触电阻,导致显示数字跳动,可以认为是电子尺本身的早期损坏。、磁栅尺工作过程中,有规律的在某一点显示数据跳动或不显示数据这种情况就要检查连接线绝缘是否有破损并与机器的金属外壳有规律的接触引发的对地短路。 高可靠性:采用全金属外壳设计,全进口高柔耐磨屏蔽电缆,抗干扰软硬件电路设计;高精度:分辨率精度可选:1um,5um,10um亦可按客户要求定制,被测量装置平行安装,无机械转换误差;高环境适应性:能耐受油污,液体,灰尘,振动等复杂的工作环境;安装简单:采用差分或单端脉冲输出信号,产品外观小巧而精致,方便小空间安装。栅尺应用于铝门窗任意角数控双头精密切割锯,铝门窗数控双头切割锯,铝门窗数控四头组角机,铝门窗重型自动端面铣床,新型高速四轴数控加工中心,机床配套,铣床,车床,磨床,钻床,线切割,火花机,镗床,龙门铣镗床,落地镗铣床,立车等新旧机床大规模改造,提高机床的显示精度。

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电源变压器的检测大家都有所了解,很多的朋友都想知道具体的操作方法,下面就由磁栅尺的小编为大家详细的介绍一下A 通过观察变压器外观检查是否存在明显的异常现象。如线圈引线断线,脱焊,绝缘材料是否烧焦痕迹,铁心紧固螺钉是否有松动,硅钢片有无腐蚀、线圈绕组是否暴露。B 绝缘性测试。用万用表R×10k挡分别测量铁心与初级,初级与各次级、铁心与各次级、静电屏蔽层与衩次级、次级各绕组间的电阻值,万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则,说明变压器绝缘性能不佳。多功能数显表功能型号及规格参数C 线圈通断的检测。将万用表置于R×1挡,测试中,若某个绕组的电阻值为无穷大,则说明此绕组有断路性故障。D 判别初、次级线圈。电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的,并且初级绕组多标有220V字样,次级绕组则标出额定电压值,如15V、24V、35V等。再根据这些标记进行识别。E 空载电流的检测。(a) 直接测量法。将次级所有绕组全部开路,把万用表置于交流电流挡(500mA,串入初级绕组。当初级绕组的插头插入220V交流市电时,万用表所指示的便是空载电流值。此值不应大于变压器满载电流的10%~20%。一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。如果超出太多,则说明变压器有短路性故障。(b) 间接测量法。在变压器的初级绕组中串联一个10?/5W的电阻,次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后,用两表笔测出电阻R两端的电压降U,然后用欧姆定律算出空载电流I空,即I空=U/R。F 空载电压的检测。将电源变压器的初级接220V市电,用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值(U21、U22、U23、U24)应符合要求值,允许误差范围一般为:高压绕组≤±10%,低压绕组≤±5%,带中心抽头的两组对称绕组的电压差应≤±2%。G 一般小功率电源变压器允许温升为40℃~50℃,如果所用绝缘材料质量较好,允许温升还可提高。H 检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时,有时为了得到所需的次级电压,可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时,参加串联的各绕组的同名端必须正确连接,不能搞错。否则,变压器不能正常工作。I. 电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常,线圈内部匝间短路点越多,短路电流就越大,而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器,其空载电流值将远大于满载电流的10%。当短路严重时,变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热,用手触摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。

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磁栅尺使流水线上的生产效率大大提高,但不能只知道使用而不懂清洁,磁栅尺的清洁及保养也是一大重点,能保证其使用寿命。在现代机床中,用户一般都要求大流量冷却,而在大流量冲洗时,会有切削液飞溅到磁栅尺上,磁栅尺的工作环境也充满了潮湿、带有冷却喷雾的空气,在这种环境下磁栅容易产生冷凝现象,扫描头上易结下一层薄膜。长期如此,就会导致磁栅尺的光线投射不佳,再加上磁栅也容易留下水迹,严重影响测量。如果加工后的切屑在磁栅附近堆积造成排屑、排水不畅,会使磁栅尺浸泡在切削液和杂质中,从而影响到使用,更严重的会使磁栅尺损坏,使整机处于瘫痪状态。磁栅尺容易出现问题的地方:1、磁栅尺的大部分问题都在读数头上,一种是零件老化引起的故障,第二种是机械磨损现象或运动零件引起的零件脱落; 2、不要试图用任何东西清洁读取头上的磁学器件,尤其是有机溶剂,这可能会加剧电路板的老化并损坏透镜上的涂层; 3、磁栅尺主体也可能有问题。磁栅尺本体如果安装不当,如水位和垂直误差过大,磁栅玻璃的精度将在很长一段时间后丧失。此外,磁栅玻璃可能有裂纹或缺口。如果坏了,如果坏了的部分在未使用的磁栅尺上,它仍然可以使用。如果它在必要的位置,必须更换一把新的尺子。当铁屑等杂质进入尺身时,阅读会毫无准备。4、对于安装的每个磁栅尺,尺身必须有水平和垂直两个侧面,短尺控制在10行以内,长尺控制在20行以内。如果仪表不准确,不仅会影响直尺的精度,还会影响直尺的使用寿命。5、磁栅尺的维护是一项细致的工作。所有准备工作应提前完成,包括技术咨询、部件选择和配置、维护和污染预防中的照明处理和照明处理。这确实是一部成功取决于细节的作品。磁栅尺外观小巧精致磁栅尺的清洁及保养:如果磁栅尺处于很强的冷却喷雾或粉尘中,可通过压缩空气处理,但压缩空气必须经过过滤器净化,并按ISO8573—1标准符合杂质质量等级要求。对于油污和切屑的清理则使用高纯度的酒精或清洁剂轻轻擦拭