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(yi)6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1suoshideceliangjiegou，qizhongbeicegongzuobujianyaoqiushuyutiecixingcailiao。wenxianzhongzhichuzaigudingdecichangzhong，biaomianbianhuadequlvyueda，yinqidezhouweicichang，bianhuayeyueda。weileshicichangdeyingxiangzuida

，xuanyongaocaozuoweicezhaobiaozhi，yidanweikuandu（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。