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2012年第3期
仅表技术与传威器 Instrument Technique
andSensor
磁栅式防水数显卡尺的设计
王孝，姜迎春，王玉花，沈传兵（北京航天试验技术研究所，北京100074）
2012 No.3
摘要：针对电客传感器对介质介电常数敏感，无法工作在液体环境下的缺点，提出了一种基于避敏电阻的的栅式位移传感器设计方案，并设计了相应的位移传感器，给出了相关电路结构和机械结构，实现了电路集成。经理论和实验证明：
该传感器具有较高的测量灵敏度和分辨率、较大的测量范图以及良好的防水性能。关键词：磁褥式位移传感器；防水；卡尺
中图分类号：TP212.1
文献标识码：A
文章编号：10021841(2012)03000102
DesignofWater-proofingCalipersBasedonMagneticGratingTransducer
WANG Xiao,JIANG Ying-chun, WANG Yu-hua,SHEN Chuan-bing
(Beijing Institute of Aerospace Testing Technology,Beijing 100074,China)
Abstract: In view of the unmeasured disadvantage of the capacitive sensors under the liquid condition,because its sensitivity to the dielectric constant of a medium,a new sensor design project according to magnetic resistance was presented with magnetic grating structure,and the relative sensor was designed, Its circuit and mechanical architechture were introduced, and the integrating circuit was realized, It is demonstrated theoretically and experimentally that this kind of indicator possesses high sensitivity,resolu-tion and good liquid resistant effect.
Key words; magnetic grating transducer;water proofing; caliper
引言
文中提出了一种基于磁敏电阻的的栅式位移传感器设计
方案，该传感器测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污和水等介质的影响，在原理上具有真正的防水功能。该原理应用于电子卡尺，将解决目前常用的容栅式数显卡尺在潮强、有润滑油或灰尘等环境下不能使用的问题，拓展数显卡尺的使用领域，为数显卡尺进人制造加工现场创造条件。
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磁栅式位移传感器的工作原理
磁栅式位移传感器结构如图1所示，磁栅条与磁敏电阻组
合，构成磁栅位移传感器，其中磁栅条产生周期性变化的栅形磁场，作用于磁敏电阻。8个磁敏电阻构成2个惠斯通电桥，各电阻之间有固定的位置关系，使得2个电桥之间相差㎡/2，在未加栅形磁场时，电桥输出为零，加人栅形磁场后，随着电桥在磁场中位置的不同，两电桥分别输出正弦、余弦的交流电压信号，以供后续电路加以识别[2-3]。
雷敏电阻
NENNNNNIGUNANNII
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图1磁棚位移传感器结构图
磁敏电阻的位移转换原理如图2所示。图中，2个电桥的输出可用下式表达：
S电桥:Vs=V_sin(2x/入) C电桥:Ve=V_cos(2x/入)
式中：V。为电桥输出幅度;*为相对位移值；入为磁敏电阻收稿日期：2011~0614
4收修改损日期：2011-12=15
的节距。
S
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C
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图2磁敏电阻位移转换原理
C
当电桥电源端V,、V,分别加人V,=V,cosot，Vz=V,sinoxt（式中V，为驱动电压幅度，@为载波频率）的驱动信号时，通过后续电路进行信号合成，则有
V。 = Vs × V, + V. × V
= V_sin(2x/入) × V_cosot + V_cos(2x/入) × V_sinaut = V_ V,sin(ct +2x/A)
信号的相位(2x/入）与位移x呈线性关系，可供后续电路通过鉴相的办法进行分析计算，它构成了磁栅式位移传感器的计算原理(4-5)。
磁栅式防水数显卡尺的设计 2
图3为磁栅式防水数显卡尺的应用原理框图。电路对传感器输出的两路信号放大，放大后的信号一路到A/D变换成数字量，在MCU内用软件的方法计算比值并查表进行细分，另外一路经整形电路和逻辑电路，提取出位移的方向和位移的节距数，由可逆计数器计数，送到MCU内与细分值结合在一起，形