感應(yīng)同步器的原理及應(yīng)用

1、感應(yīng)同步器工作原理及應(yīng)用摘要：感應(yīng)同步器是利用電磁原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測(cè)量線位移和角位移線。將角度或直線位移信號(hào)變換為交流電壓的位移傳感器，又稱平面式旋轉(zhuǎn)變壓器。它有圓盤式和直線式兩種。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中圓盤式感應(yīng)同步器用以檢測(cè)角位移信號(hào)，直線式用以檢測(cè)線位移。感應(yīng)同步器廣泛應(yīng)用于高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)、雷達(dá)天線、火炮和無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡的定位跟蹤、精密數(shù)控機(jī)床以及高精度位置檢測(cè)系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：感應(yīng)同步器、原理、應(yīng)用、直線式、旋轉(zhuǎn)式Abstract：Theinductosynisasystemthattrans

2、formthelinearandangulardisplacementintoelectricsignalusetheElectromagnetictheory.Accordingtoitsusetheinductosyncanbedividedintothelinearandtherotary,whichisusetomeasurethelinearandtheangular.ThelinearinductosynthattransformthelinearandangulardisplacementintoACV）ltageiscalledplanerotarytransformer,wh

3、ichisdividedintotwotypesthanisthelinearandthedisc.IntheprecisiondigitaldisplaysystemorCNCclosed-loopsystem,thediscinductosynisusedtomeasurethesignalofangularandthelinearinductosynisusedtomeasurethesignaloflinear.Theinductosynisalsowidelyusedinthelocationtracking,theprecisionCNCmachinetoolsandthehigh

4、-precisionpositiondetectionsystemoftheprecisionservoturntable,theradarantenna,theartilleryandtheradioTelescope.Keywords：inductosyntheoryuselinearrotary1.感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置而變化的原理而進(jìn)行工作的。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，定尺上是連續(xù)繞組，滑尺上是分段繞組，滑尺為正余弦繞組。其繞組布置如圖1所示?；呱险归_(kāi)分布著兩個(gè)印刷電路繞組，每個(gè)節(jié)距相當(dāng)于繞組空間分布的周期，又稱極距，一般為2mm,用2

5、T表小?；吲c定尺相互面向平行安裝，兩者保持0.2mm左右距離。感應(yīng)同步器的工作原理如圖2所示。當(dāng)定尺繞組加以頻率為f,幅值恒定的交流激磁電流I（或電壓）時(shí)，滑尺兩繞組將產(chǎn)生與激磁電流頻率相同、幅值隨兩尺相對(duì)位置而變化的感應(yīng)電勢(shì)e,滑尺某一繞組與定尺繞組完全重合時(shí)，磁通耦合度最大，故該滑尺感應(yīng)的電勢(shì)最大；兩繞組錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距（即1/4*2=0.5）時(shí)，滑尺耦合的正負(fù)磁通互相抵消，感應(yīng)電勢(shì)為零；互相錯(cuò)開(kāi)1/2節(jié)距時(shí)，感應(yīng)的電勢(shì)與繞組重合時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)幅值相同而相位相反。定尺(h+0.25)2t圖2感應(yīng)同步器工作原理12-2所示位置時(shí)為位移x的零點(diǎn),圖1感應(yīng)同步器繞組布置設(shè)定尺激磁電壓u0=Umsi

6、nwt,繞組在圖則繞組A的感應(yīng)電勢(shì)為UA=kU0COS0=kUmsinwtcos0(1)式中，k為耦合系數(shù)，相移8由下式?jīng)Q定：0=2兀*x/2r=ttx/r(2)故繞組A稱為余弦繞組。同理，繞組B的感應(yīng)電勢(shì)為UB=kU0sin0=kUmsinwtsin0(3)故繞組B稱為正弦繞組。上述輸出信號(hào)是各極輸出信號(hào)的平均結(jié)果，誤差可以得到均衡補(bǔ)償，故精度較高。其信號(hào)處理方式可分為鑒相方式和鑒幅方式兩種一一分別用輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位或幅值來(lái)進(jìn)行處理。鑒相法一一根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)鑒別位移量。在滑尺的正弦、余弦繞組上供給頻率相同、相位差為90°的交流電壓勵(lì)磁即：定尺輸出的總感應(yīng)電勢(shì)為：Us=Um

7、sin'tUc=-Umcost2二e=eS+eC=k。Umsin(t-0),其中9=x通過(guò)鑒別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位，例如同勵(lì)磁電壓比相，即可測(cè)出定尺和滑尺之間的相對(duì)位移。鑒幅法一一根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的幅值來(lái)鑒別位移量。在滑尺的正、余弦繞組上施加頻率和相位相同、但幅值不同的正弦激勵(lì)電壓，即：定尺輸出的總感應(yīng)電勢(shì)為：Us=USsintUsuUmsinUc:-UCsintUc=-UmcoscC2二e=eS+eC=kUmsin（-9）sin®t,其中9=x感應(yīng)同步器相當(dāng)于調(diào)幅器，可由幅值變化測(cè)量位移量。w2.感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器具有較高的精度與分辨力較強(qiáng)的抗干擾能力；使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單

8、；又可以作長(zhǎng)距離位移測(cè)量；且工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工以及數(shù)控機(jī)床中。感應(yīng)同步器與數(shù)字顯示裝置組成的成套測(cè)量裝置稱為數(shù)碼顯示表。各種金屬切削機(jī)床，特別是大型和重型機(jī)床，在加工大尺寸的工件和進(jìn)行特殊加工工藝時(shí)采用數(shù)碼顯示表，可以大大提高加工精度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。它即向感應(yīng)同步器提供所需要的激磁電壓，又可將感應(yīng)同步器輸出的電勢(shì)所反映的位移量用數(shù)字顯示出來(lái)，使用方便直觀，在機(jī)械加工工業(yè)中已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如，大型和重型立式車床，因加工工件的尺寸大，所用的量具不但體積大而且相當(dāng)笨重，常用的游標(biāo)卡尺一般重約十幾公斤，有的甚至重達(dá)四十

9、公斤，既消耗體力大，又不易測(cè)量準(zhǔn)確。如果采用數(shù)碼表檢測(cè)裝置，就可解決上述問(wèn)題。具體的方法是利用兩套直線式感應(yīng)同步器和數(shù)顯表分別作為水平和豎直兩坐標(biāo)位移測(cè)量裝置。安裝方式只要便于安裝即可。例如可將一臺(tái)感應(yīng)同步器的定、滑尺分別安裝在橫梁和右垂直刀架的溜板上，另一臺(tái)感應(yīng)同步器的定、滑尺分別安裝在右垂直刀架的滑枕和滑座上。這樣當(dāng)右垂直刀架移動(dòng)時(shí)，便可由安裝在操縱臺(tái)上的兩臺(tái)數(shù)顯表分別讀出水平和垂直的兩坐標(biāo)的位移量。感應(yīng)同步器因具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)外的很多數(shù)控機(jī)床中被用作檢測(cè)元件（即傳感器），構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床的數(shù)字控制系統(tǒng)，按控制刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的軌跡之不同，可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)和

10、位置隨動(dòng)系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)主要是控制刀具或工作臺(tái)從某一加工點(diǎn)到另一加工點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位，而對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)之間所經(jīng)過(guò)的軌跡則不加控制。工作前通過(guò)輸入裝置（如光電閱讀機(jī)、數(shù)碼撥盤等）先給計(jì)數(shù)器預(yù)置某一相應(yīng)工作臺(tái)的指令脈沖數(shù)，脈沖發(fā)生器按機(jī)床移動(dòng)速度的要求不斷發(fā)出脈沖。工作臺(tái)圖3點(diǎn)位控制系統(tǒng)原理方框圖圖3就是感應(yīng)同步器在點(diǎn)位控制系統(tǒng)中應(yīng)用的一例。系統(tǒng)的工作過(guò)程是：當(dāng)計(jì)數(shù)器內(nèi)有數(shù)時(shí)，門電路打開(kāi)，步進(jìn)電機(jī)按脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖數(shù)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)感應(yīng)同步器的滑尺移動(dòng)，滑尺每移動(dòng)一定距離，例如0.01mm,感應(yīng)同步器檢測(cè)裝置發(fā)出一個(gè)脈沖，這一脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，說(shuō)明工作臺(tái)已移動(dòng)了0.01mm,計(jì)數(shù)器中的數(shù)就少了一個(gè)數(shù)。當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，感應(yīng)同步器檢測(cè)裝置發(fā)出的累計(jì)脈沖數(shù)正好等于指令脈沖數(shù)，計(jì)數(shù)器出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，門電路關(guān)閉，工作臺(tái)就停止運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定位。位置隨動(dòng)系統(tǒng)或稱連續(xù)控制系統(tǒng)，不僅要求在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，而且要保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐點(diǎn)的定位精度，即對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上的各點(diǎn)