gmr编码器原理

巨磁电阻效应

――GMR模拟传感器的磁电转换特性测量

【实验目的】

1. 掌握GMR效应的定义；

2. 了解GMR效应的原理；

3. 熟悉GMR模拟传感器的构成；

4. 测量GMR磁阻特性曲线。 【实验仪器】

ZKY-JCZ巨磁电阻效应及应用实验仪、基本特性组件、导线 【实验原理】

一、巨磁电阻效应定义及发展过程

1、定义

2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了。本年度，法国

科学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国科学家彼得·格林贝格尔(Peter Grunberg)因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，

今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅

速变得越来越小”。

巨磁阻到底是什么？

诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解答了这个问题。他用两张图片的对比说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般

大小的硬盘。正因为有了这两位科学家的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。

目前，根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。

“巨磁电阻”效应（GMR，Giant Magneto Resistance)是指磁性材料的电阻率在有外磁场作

用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍。

2、发展过程

人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性

有序状态。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W.

Heisenberg)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子

磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程

的，称为直接交换作用。后来发现很多的过渡金属和稀

土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，化合

GMR_1协议

信道：channel

逻辑信道可以是业务信道（TCH）或控制信道

TCH旨在携带编码的语音或用户数据。 这些都是双向渠道。

TCH3：该信道承载正常的语音，总信息速率为5.2kbps，需要3个连续的时隙。

TCH6：该信道携带2,4 kbps和4.8 kbps用户数据，总传输速率为10,75 kbps，需要6个连续时隙。

TCH9：该信道携带2,4 kbps，4.8 kbps和9.6 kbps用户数据，总传输速率为16.45 kbps，需要9个连续时隙。

控制信道旨在传送信令或同步数据。有三种不同类型的控制通道：

广播频道：这是一个下行链路（前向）专用频道，由以下部分组成：

1、频率校正频道（FCCH）由MES用于系统同步和频率校正MES。

2、GPS广播控制信道（GBCH）携带全球定位系统（GPS）时间信息和GPS卫星星历信息。

3、广播控制信道（BCCH）用于广播系统信息并通知MES系统时序。

4、小区广播信道（CBCH）用于以点波束为基础向MES广播短消息服务（SMS）小区广播信息。该频道按需分配。为了获得最佳资源效率，CBCH和SDCCH可以在Spotbeam中共享相同的物理信道。

公共控制信道（CCCH）：这包括以下内容：

1、寻呼信道（PCH）是仅用于下行链路的信道，用于寻呼MES。

2、随机接入信道（RACH）是仅上行链路信道，用于请求信道（SDCCH）独立专用控制信道或TCH分配。

3、接入授权信道（AGCH）是仅用于分配独立SDCCH或TCH的下行链路信道。

4、基本警报信道（BACH）是仅用于下行链路的信道，用于警报MES。它比正常的寻呼信道以更高的功率和更多的编码增益进行传输。当用户处于不利位置并且下行链路信号被严重遮蔽时，在通过PCH进行多次不成功的寻呼尝试之后，BACH信道被用于寻呼用户。

5、通用闲置信道（CICH）是仅用于下行链路的信道，由MES用于校准测量。在波束选择过程中，MES可以基于从BCCH和CICH信道测得的功率差来决定最佳波束。

编码器-伺服电机编码器原理及编码器分类

导语：编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

伺服电机编码器原理 伺服编码器这个基本的功能与普通编码器是一样的，比如增量型的有A,A反，B，B反，Z，Z反等信号，除此之外，伺服编码器还有着跟普通编码器不同的地方，那就是伺服电机多数为同步电机，同步电机启动的时候需要知道转子的磁极位置，这样才能够大力矩启动伺服电机，这样需要另外配几路信号来检测转子的当前位置，比如增量型的就有UVW等信号，正因为有了这几路检测转子位置的信号，伺服编码器显得有点复杂了，以致一般人弄不懂它的道理了，加上有些厂家故意掩遮一些信号，相关的资料不齐全，就更加增添了伺服电机编码器的神秘色彩。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 伺服电机编码器分类 1、增量型编码器 除了普通编码器的ABZ信号外，增量型伺服编码器还有UVW信号，目前国产和早期的进口伺服大都采用这样的形式，线比较多。 2、绝对值型伺服电机编码器

增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。 解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。 比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机，我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。

编码器原理

(1)光电编码器

光电编码器是一种二进制光电位置指示器，其基本原理是由不同等分的明暗相间的条纹，通过光电元件取得角度位置的二进制数字信号，最后进行解码取得角度位置的绝对值或相对值。绝对编码器的码形总是唯一的，这种码形给出了长度或角度的位置。光电编码器由光源，码盘和光电接收器所组成。码盘是编码器中的最重要的器件。图3.17是一个八位编码器的码盘和编码器的工作原理图。这里的码盘是一种自然码盘。绝对编码器的码形有多种形式。一种叫做格瑞码

的码盘特别适用于光学编码器（见图3.18(a)）。这种码盘每进一格仅改变一个数码，不易产生错码现象。

图 3.18 (a) 格瑞码的码盘和(b)增量编码器的码盘

图 3.19 增量编码器码盘脉冲信息细分的工作原理，图中z表示零位

光电编码器的另一类是增量编码器。增量编码器的码盘如图3.18(b)所示。它的码盘是由明暗相间的条纹所构成。一般来讲同样分辨精度的增量编码器要比绝对编码器便宜得多。增量编码器还有一些提高分辨精度的方法。通常增量光栅码盘有四个刻道，其中两个是明暗相间的条纹码，另外两个是电源亮度指示码。这两个条纹码之间相互错开，这样这种码盘的编码器就不但可以给出码盘运动的角度和大小，而且可以给出码盘运动的方向。同时当光栅码盘的方波脉冲信息输入到顺时针 和逆时针

的增减计数器中时，这种两个条纹码的方波信息就可以分解为一倍、两倍或四倍的精细信号以提高编码器的分辨本领。如果光栅码盘的质量好，这种精细的四倍的信号可以精确到每一个信号脉冲的二分之一。

为了获得更为精细的分辨本领一种用光栅读头的方法可以达到这个目的。（见图3.20）这时在旋转光栅的后面加上了一个小的子光栅。当相干光照射在光栅盘上时，在子光栅面上的光强为(leki,1999)：

(3.58)

图 3.20 增量编码器中子光栅码盘细分的工作原理图(leki,1999)

式中 是光栅的投射率。如果第一个光栅的周期是 ，第二个光栅的周期也是 。用 作为在焦面上的空间频率，则在焦面上的光能量为：