感應式柵尺的原理

     
感應式柵尺是一款區別于光柵和磁柵的測量系統。其主要測量原理是差動感應傳感（互感式）原理，將被測位移量轉換成線圈的互感的變化。讀數頭的初級線圈是勵磁線圈，當在勵磁線圈中通入1.3MHz的高頻電流時，勵磁線圈內部的磁通量是始終變化的。感應線圈（次級線圈）為一組2個參數完全相同且極性相反的串聯的線圈，如果對稱的兩個感應線圈（內部的圓環）內部分布的磁場大小相同，則感應線圈的感應電壓輸出為零。但是當一個鐵氧體或導體（尺帶或者碼盤）進入到感應線圈的磁場中時，會使感應線圈內部的磁場空間上強弱分布不同，這樣感應線圈因為感應到的磁場強度不同，就產生了感應電壓的變化。感應電壓的大小隨外界鐵氧體或導體進入的位置不同而產生幅值上的變化，通過感應線圈上產生的感應電壓幅值變化可以對鐵氧體或導體的位置進行檢測(即感柵尺移動的位置)。請參考下圖1-1 。
 

采用SMD (Surface Mounting Device)技術將勵磁線圈， 感應線圈和相應的電子線路集成到一個芯片上，實現了體積的大幅縮小， 同時感柵尺芯片上的兩個感應線圈非常集成，距離不到1個毫米。而載波頻率（1-2 MHZ）的波長要遠遠大于兩個感應線圈之間的距離。所以不會產生干擾。并且勵磁線圈中的激勵電流是高頻電流（一般在1-2 兆赫茲），一般外界的電磁干擾是低頻的電磁場（一般在數千赫茲），這樣在后續的同步解調電路中，可以將低頻電流通過高通濾波器有效去除，實現了有效的抗干擾特性。 請參考下圖1-2 。
 

 
 
感應式柵尺技術優勢：

1）分辨率高：感應式柵尺的分辨率最高可以實現20 nm，這對于一些高質量運動控制的應用來說，是非常重要的一個要素，比如微動平臺。感應式傳感器的輸出噪音低，同時輸出信號質量好，其整體的信噪比非常優異。
2）體積小：感柵芯片體積小巧，厚度僅為 0.9 mm，柵尺和碼盤厚度僅為 0.9 mm，整體厚度在2 mm以內。為客戶節省了安裝空間，便于客戶將芯片集成到PCB電路板上。
3）抗磁場干擾性能優異：感應式柵尺初級線圈中的激勵電流是高頻電流，一般外界的電磁干擾是低頻的電磁場，可以實現有效的抗磁場干擾。尤其適用于各種電機，和醫療核磁共振領域。
4）無磨損：非接觸式測量原理保證器件可以實現長時間無磨損運行，免維護。
5）抗污染能力強：金屬粉末不附著，耐各種油污粉塵。
6）感應介質多樣：鋼，鋁，銅材質都可以作為感柵尺的感應介質。
7）魯棒性強：感應式柵尺的耐溫范圍非常大（-40 - +125°C），可以在劇烈震動的環境中正常工作。在真空環境里也可以適用。
 
感應式柵尺相對于磁柵尺的優勢： 

1）更高的分辨率， 感柵尺可以達到 20 nm 的分辨率。現在的通用磁柵分辨率在 100 nm， 部分廠商在研制 50 nm 分辨率磁柵。
2）更高的精度。
3）更優異的抗磁場干擾性能。
4）更集成的尺寸。相對于磁柵尺的芯片和尺條，感柵尺的芯片和尺條的尺寸和重量都要小很多。尤其適用于一些尺寸集成，對重量很敏感的應用，例如手術機器人手臂。
5）更強的抗污染能力：金屬粉末不附著。
 
感應式柵尺想對于光柵尺的優勢： 
1）更高的分辨率，感柵尺可以達到 20 nm 的分辨率。目前工業級光柵尺的分辨率一般是50 nm左右。
2）更低廉的成本。
3）更強的抗污染能力，感柵尺可以應用于有液體、粉塵污染、光學污染非常嚴重的場合。
4）魯更好的棒性能，在震動劇烈的環境當中完全適用。
5）更集成的尺寸。

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有關于各種柵尺的性能比較，請參考圖1-3.

 
圖1-3