基于GMR增量式磁旋转编码器的技术研究

• 作 者: 顾国锋
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 旋转编码器 自旋阀GMR芯片 磁编码器

旋转编码器常用于旋转物体角度和速度的测量,其在自动化控制、冶金、风力发电和办公室用品等行业具有广泛的应用,旋转编码器按原理可分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。接触式编码器方法简单,但较笨重,且测量精度较低,由于其属于接触测量,设备易损坏；光电编码器属于非接触编码器,其精度较高,但价格较贵,且对雨雾天气敏感；利用磁阻效应的磁性编码器,与光电、接触式编码器相比,具有体积小、结构简单,耐环境能力好等优点,具有广泛的应用前景。本文对基于GMR传感器芯片的磁编码器的关键技术进行研究,并进行增量式磁旋转编码器硬件电路和结构的设计。磁旋转编码器主要由多极磁钢、磁性传感器、信号调理电路和机械结构组成,用于测量电机转速、转向及位移等物理量。磁旋转编码器所采用的自旋阀GMR传感器是一种新型的传感器芯片,它内部为惠斯通电桥结构,能将磁场信息转化成模拟差分电压输出,具有灵敏度高、线性度好及封装尺寸小等优点,因此,磁编码器能够实现精确测量和小型化。首先对自旋阀GMR芯片的结构和应用进行介绍,对多极磁钢的空间磁场进行了分析,并用Ansoft Maxwell软件对空间磁场进行仿真分析。接着,对磁编码器的硬件电路和机械结构进行了设计,并使用PSpice仿真软件对一些硬件电路进行了仿真,如传感器调理电路部分、滤波和比较电路等。针对磁编码器的使用要求,给出一种磁编码器的结构设计。为验证GMR传感器的性能,搭建磁传感器调理电路的验证平台,用于测量输出信号的性能。验证平台主要包括数据采集和显示模块。最后应用验证平台进行输出信号的实验验证测试,主要包括信号源波形测试,信号调理电路处理后的波形测试,以及磁传感器调理电路验证平台的功能测试。实验结果表明磁传感器调理电路的设计达到了预期的目的。