绝对位置检测磁尺的工作原理及应用

　　1 引言

　　绝对位置检测磁尺是一种位置检测传感器,它采用非接触的检测方式,不会有滑脱、磨损等故障,可靠性高,使用时间长。由于它检测的是绝对地址,使用时不会有累积误差,也无需检测基准点。磁尺各部件采用铝合金材料封装,抗干扰能力强,适应的温度范围广,安装维护方便。目前进口磁尺产品的检测精度可达±1mm,但由于其成本较高,主要应用于恶劣环境下需精确定位的轨道式机车位置检测中。

　　轨道式龙门起重机是集装箱码头的重要装卸设备,其自动化程度直接影响到码头的利用率和作业效率[1]。轨道式龙门起重机主要由大车机构和小车机构组成,小车机构安装在大车机构顶端的轨道上,工作时沿小车轨道移动,以横向搬运集装箱。若能提高小车机构的运行速度,实现小车机构的快速精确定位,将显著提高轨道式龙门起重机的自动化程度和作业效率,而小车机构的精确位置检测是精确定位的前提。

　　上海振华港口机械股份有限公司将绝对位置检测磁尺应用于双起升轨道式龙门起重机的小车位置检测中。该检测技术的应用有利于克服传统位置检测方法的缺点,实现小车的精确位置检测。

　　2 绝对位置检测磁尺的工作原理

　　绝对位置检测磁尺主要由磁性标尺和检测装置组成,如图 1 所示:

    　磁性标尺由多节小的磁性标尺按顺序拼接而成,每节小的磁性标尺长度一致。使用时将磁性标尺沿检测对象移动方向的整个路径铺设,铺设的长度要稍长于所需的量程。这样的结构一方面便于安装和维护,若某节磁性标尺损坏,只需将该节磁性标尺替换,无需替换整个磁性标尺;另一方面若要改变量程,可以方便地增加或减少小磁性标尺的数量。磁性标尺内部沿测量方向排列有一定数量的永磁体,相邻各永磁体之间的距离值在整个磁性标尺内进行了与当前绝对位置相关的统一编码,因此相邻各永磁体之间的距离各不相同,在整个磁性标尺内独一无二,且对应特定的编码;每节小的磁性标尺也各不相同,且排列顺序一定。

　　检测装置是磁尺传感器的核心,它有一定长度,其内部主要有信号处理单元、通信单元和一定数量的检测单元,各检测单元沿磁性标尺方向紧密排列,如图2所示。检测单元的主体是一个装有磁敏电阻的电桥电路,用以检测磁性标尺内永磁体的磁场。当磁敏电阻处于磁场中时,其阻值发生变化,使电桥电路输出相应的模拟电压信号。

　　磁尺使用时将检测装置安装在检测对象上,离磁性标尺一段距离,且始终与磁性标尺平行。随着检测对象的移动,检测装置在磁性标尺上方平行移动,内部各检测单元不断地检测永磁体的磁场,并将输出信号传递到信号处理单元。由于检测装置的长度与各相邻永磁体之间的距离有一定的匹配关系,检测装置在任一位置至少能检测到三个永磁体。信号处理单元根据各检测单元的输出信号,得到当前检测到的永磁体之间的距离信息以及它们相对于检测装置的位置信息,经过转换和计算,得出检测对象当前的绝对位置,再通过通信单元将绝对位置信息发送到外部的通信接口。检测装置不断地检测磁性标尺的磁场,磁尺传感器就能实时地得出检测对象的位置。