電流尺輸出波型之分析與改善

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姓名

李昆益(Kun-I Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

電流尺輸出波型之分析與改善
(The Analysis And Improvement of Electrical linear Encoder's Output Waveform)

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摘要(中)

電流尺的構想是以嶄新的方式來製作，提供低成本，高精度的直線編碼器。本文從電流尺的理論基礎—畢歐-沙瓦定律（Biot and Savart’s Law）—著眼，從磁阻感測器（Magneto-resistivity sensor）的原理—磁阻效應（Magneto-resistivity effect）—著手，於現有的實驗平台架構下，重新規劃磁阻感測模組的電路設計，並將驅動電流尺的模式，由脈衝電流改為定電流的形式，成功地改善電流尺系統的輸出波形，使得電流尺達到工業標準之應用的願景，又再度邁進了一步。
除此之外，本文完成以有限元素法來模擬電流尺的磁通量分布
，以及分析一些影響電流尺磁場分布的因子，提供日後設計電流尺時的參考依據。

摘要(英)

The idea of an electrical linear encoder made in a brand-new way is to supply the industry with a low cost and high precision linear encoder. This paper has in mind from the principle of the electrical linear encoder— Biot and Savart’s Law, and starts from the principle of magneto-resistivity sensors—magneto-resistivity effect. Under the present frame of experiment, it not only finished redesigning the magneto-resistivity sensor’s circuit board, but also changed the mode of driving electrical linear encoder from the mode of pulse current to that of constant current. Successfully, it improved the resulting output waveform so that an electrical linear encoder takes one step ahead to achieve the dream of the industry standard’s application.
In addition, this paper finished simulating the electrical linear encoder’s distribution of the magnetic flux, and analyzing some factors which have effects on the electrical linear encoder’s distribution of the magnetic flux as the later design references.

關鍵字(中)

★ 電流尺
★ 磁學尺
★ 線性編碼器

關鍵字(英)

★ Electrical Linear Encoder
★ Magnetic Scale
★ Linea

論文目次

論文摘要 I
致謝 II
目錄 III
圖目 V
第一章序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 3
1.3 論文架構說明 4
第二章理論背景 5
2.1 電流尺的理論 5
2.1.1 畢歐-沙瓦定律（Biot-Savart’s Law） 5
2.1.2 畢歐-沙瓦定律的應用：長直載流導線的磁場 6
2.1.3 電流尺設計的構想 8
2.2 磁阻感測器（MAGNETORESISTIVE SENSOR，MR SENSOR） 10
2.2.1 AMR感測器的感測原理 12
2.2.2 Set/Reset高導磁合金薄膜的磁域指向 14
第三章有限元素法電磁埸分析設計 17
3.1 有限元素法 17
3.2 電流尺的有限元素分析 18
3.2.1 有限元素分析的軟體 FEMM 18
3.2.2 模擬結果與討論 20
3.2.2.1邊界條件的設定及材料的選擇 20
3.2.2.2 電流尺產生的磁場分布與感測高度及位置的關係 20
3.2.2.3 品質指標（Quality Index） 27
3.2.2.4 AMR 感測器較佳的感測高度範圍 27
3.2.2.5 電流尺較佳的走線間距 28
3.2.2.6 電流大小與電流尺產生的磁場大小之關係 29
3.3 總結 30
第四章實驗系統架構規劃與設計 31
4.1 系統架構規劃 31
4.2 系統設計 32
4.2.1測試平台 32
4.2.2 電流尺本體 34
4.2.2.1 磁阻感測模組 35
4.2.2.2 電流尺尺身模組 42
4.2.2.3 電流驅動模組 43
4.2.3電流尺監控系統 43
4.2.3.1 8051模組 44
4.2.3.2 AD / DA模組 44
4.2.3.3 FPGA 模組 44
4.2.3.4 DSP 模組 45
4.2.4 PC端監控系統 46
4.2.4.1 電流尺監控系統的監控介面 47
4.2.4.2 馬達伺服控制介面 47
第五章實驗設計及結果討論 48
5.1 實驗平台 48
5.2 SET/RESET 對磁阻感測器的影響 49
5.3 電流穩定度對電流尺波形的影響 51
5.4 不同走線及間距對波形的影響 54
5.5 相位差90度與否 56
第六章結論與未來展望 58
6.1 結論 58
6.2 未來展望 58
參考文獻 59

參考文獻

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[4] JAMES E. LENZ, “A review of magnetic sensors,” Proceeding of the IEEE, vol. 78, pp. 973-989, June 1990
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[13] 楊博仁撰,“電流尺尺身特性量測系統之研究”,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,2002年
[14] 賴坤奇撰,“磁性編碼器原型製作、測試” ,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,1998年
[15] 游志榮撰,”磁性編碼器磁環充磁機原型設計、製作及測試” ,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,1996年
[16] 王以真編著, “實用磁路設計,” 全華科技圖書股份有限公司, 1995年
[17] 蘇奕肇編譯, “電晶體電路設計,” 全華科技圖書股份有限公司, 1994年

指導教授

江士標(Shyh-Biau Jiang)

審核日期

2004-7-15

推文