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。其中基于磁敏傳感技術的磁性標尺型測最方法具有如下優(yōu)點：不存在因相對運動出現(xiàn)的部件磨損問題;信息靈敏度高,，動態(tài)響應好;易于實現(xiàn)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(shù)方式的相對暈測量,，在失電后會丟失對正確位置的記憶：幀重疊編碼方式的絕對景測量，容錯能力差,，表征長度受限,。針對這些技術缺陷，本文提出了一種帶有標志位的絕對式編碼方法,，使得識別出的序列含有用于粗讀數(shù)的數(shù)值碼和用于精讀數(shù)的標識碼,，不僅避免了相對式測量的“失憶”問題，而且突破了絕對式測量的表征范圍瓶頸,，增強了容錯能力,。
1 編碼規(guī)則
編碼采用格雷碼(Gray)為數(shù)值碼，以某一固定碼寬為參考碼R,，它用于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(huán),、單步特性能消除隨機取數(shù)時出現(xiàn)重大誤差的可能，其任意兩個柏鄰整數(shù)之間轉換時,，只有一個位數(shù)發(fā)生變化,，大大減少了由一個狀態(tài)轉到下一個狀態(tài)時的邏輯混淆，具有較強的容錯能力,。以6位編碼為例,，其部分十進制數(shù)與Gray碼的一一對應關系如表1所示。
十進制數(shù)與Gray碼的一一對應關系
2 磁路結構與識別
采用圖1所示的測量結構,，其中被測工作部件要求屬于鐵磁性材料,。文獻中指出在固定的磁場中，表面變化的曲率越大,，引起的周圍磁場,，變化也越大,。為了使磁場的影響最大，選用凹槽作為測罩標志,，以單位寬度(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”表示標志位R,。在工作部件表面,，按上述的編碼規(guī)則加下出一系列凹槽，然后噴涂上非磁性材料,，形成磁性標尺,。圖1所示的磁性標尺表示Gray碼01 1010碼區(qū)，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范圍大,。
磁場通過磁性標尺形成通路,，磁敏元件測出磁性標八表面變化引起的磁場變化。通過磁路分析和標罩磁位等高線計算發(fā)現(xiàn),，磁性標尺的槽深h越人越好,，槽寬b應小于3mm。
根據(jù)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(shù)值碼,，用于確定位移的粗讀值;而標志位R碼寬兩倍于碼元“1”寬度的特點,，使得識別后的序列出現(xiàn)具有固定特征的標識碼，它用于精讀數(shù),。
3 應用實例
若圖1中的“鐵磁性材料下作部件”表示液壓缸的活塞桿;“非磁性材料”為特制黑色陶瓷,，平整地覆蓋在活塞桿表面;“磁敏元件”為霍爾元件，它以兩個單位寬度為軸向間隔,，繞活塞桿環(huán)狀布置在液壓缸前端,，軸線與活塞桿一·致，以便盡可能減少活塞桿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(qū)長度L=30mm,。
可知，要識別一個完粘的碼區(qū)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(qū),，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(shù)字為其編號,。
磁性標尺識別示意圖
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：若曰值低于釋放點時,，輸出管截止,，輸出高電半。因此在“凸槽”時鋼質活塞桿被磁化,，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(qū)行程內霍爾電路輸出的二進制序列如表2所示,。分析可知,，序列的標識碼為l 0000000 1，其前面或后面6位序列數(shù)分別為相鄰的兩個數(shù)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,，標識碼前面的數(shù)值碼代表磁性標尺當前檢測位置下一個碼區(qū)的值,。
根據(jù)霍爾電路識別出的前置數(shù)值碼，在編碼庫找到對應的十進制數(shù),，假設為x,，則磁性標尺行程的粗讀數(shù)為30×(j，-1)mm：精讀數(shù)根據(jù)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(shù)為4xa+b,，其中b當尾位為標識碼時取0mm,，否則取2mm。
綜上,，液壓缸活塞桿的行程讀數(shù)為S=30(x—1)+4Xa+b此類磁性標尺編碼有兩人優(yōu)點：第一,，便于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
編碼技術廣泛應用于交通運輸業(yè)、商業(yè),、測量丁程,、制造業(yè)等領域，極大地提高了數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度,，改善了人們的工作和生活環(huán)境,，提高了工作效率。本文提出的基于絕對量編碼和磁敏傳感技術的位移測量方法,，以磁場方向變化為檢測信號,，其電磁轉換特性使得整段磁性標尺可看作一個二進制序列，從而通過編碼技術狹得被測量,。所用方法克服了機械式位移測量系統(tǒng)體積大,、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(yōu)點，有較廣泛的應用價值,。