數(shù)字式傳感器課件

可編輯第10章數(shù)字式傳感器10.1光柵傳感器

10.2磁柵傳感器

10.3感應(yīng)同步器

10.4角數(shù)字編碼器

10.5頻率式數(shù)字傳感器

1可編輯第10章數(shù)字式傳感器

模擬式傳感器——模擬量

傳感器—

數(shù)字式傳感器——數(shù)字量

數(shù)字式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

測(cè)量精度與分辨率高，無(wú)讀數(shù)誤差；

抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，易于遠(yuǎn)距離傳輸；

易于與微機(jī)接口，便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)控。

數(shù)字式傳感器分類：

脈沖數(shù)字式：計(jì)量光柵；磁柵；感應(yīng)同步器；角數(shù)編碼器；

數(shù)字頻率式：振蕩電路；振筒；振膜；振弦。2可編輯10.1光柵傳感器

物理光柵：衍射現(xiàn)象；用于光譜分析、波長(zhǎng)測(cè)量等光柵線位移長(zhǎng)光柵—長(zhǎng)度測(cè)量計(jì)量光柵：莫爾條紋現(xiàn)象（透射式和反射式）角位移圓光柵—角度測(cè)量3可編輯10.1光柵傳感器10.1.1光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和原理10.1.1.1結(jié)構(gòu)：

圖10-1黑白透射式光柵示意圖

4可編輯10.1光柵傳感器

結(jié)構(gòu):

照明系統(tǒng)：普通白光源，GaAs固態(tài)光源等；

光柵副：主光柵或標(biāo)尺光柵，指示光柵；

光電接收元件：光電池或光敏三極管。

光柵：

刻線寬度a，刻線間距b，通常a=b=W/2；或a:b=1.1:0.9；

光柵柵距（或光柵常數(shù)）W=a+b；

光柵規(guī)格：10、25、50、100線/mm。5可編輯10.1光柵傳感器10.1.1.2工作原理

1．莫爾（Moire）條紋的形成

光柵常數(shù)相同的兩塊光柵相互疊合在一起時(shí)，若兩光柵刻線之間保持很小的夾角

，由于遮光效應(yīng)，在近于垂直柵線方向出現(xiàn)若干明暗相間的條紋，即莫爾（Moire）條紋。如圖10-2所示。

Moire條紋的間距B為圖10-2光柵和橫向莫爾條紋（10-1）

6可編輯10.1光柵傳感器

2.莫爾（Moire）條紋的基本特性（1）兩光柵作相對(duì)位移時(shí)，其橫向Moire條紋也產(chǎn)生相應(yīng)移動(dòng)，其位移量和移動(dòng)方向與兩光柵的移動(dòng)狀況有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系；（2）光柵副相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距W，Moire條紋移動(dòng)一個(gè)間距B，由B=W/

知，B對(duì)光柵副的位移有放大作用，鑒于此，計(jì)量光柵利用Moire條紋可以測(cè)微小位移；（3）Moire條紋的光強(qiáng)是一個(gè)區(qū)域內(nèi)許多透光刻線的綜合效果，因此，它對(duì)光柵尺的柵距誤差有平均效果；（4）Moire條紋的光強(qiáng)變化近似正弦變化，便于采用細(xì)分技術(shù)，提高測(cè)量分辨率。7可編輯10.1光柵傳感器10.1.2光柵傳感器的測(cè)量電路10.1.2.1光柵的輸出信號(hào)

主光柵與指示光柵作相對(duì)位移產(chǎn)生莫爾條紋，光電元件在固定位置觀測(cè)莫爾條紋移動(dòng)的光強(qiáng)變化，并將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。光電元件輸出電壓uo與位移量x成近似正弦關(guān)系。

光電元件輸出電壓uo可表示為式中，Uav—輸出信號(hào)的平均直流分量；Um—輸出信號(hào)的幅值，Um=Uav。(10-2)8可編輯10.1光柵傳感器

光柵輸出信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換電路及其輸出信號(hào)波形如圖10-3所示。圖10-3光柵輸出信號(hào)

（a）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)示意圖（b）輸出信號(hào)波形9可編輯10.1光柵傳感器

光柵傳感器測(cè)位移x的原理：當(dāng)位移量x變化一個(gè)柵距W時(shí)，其輸出信號(hào)uo變化一個(gè)周期，若對(duì)輸出正弦信號(hào)uo整形成變化一個(gè)周期輸出一個(gè)脈沖，則位移量x為

x=NW(10-3)式中，N—脈沖數(shù)；W—光柵柵距。

輸出信號(hào)靈敏度：輸出電壓信號(hào)的斜率為(10-4)

由上式可見，當(dāng)2

x/W=n

，即x=W/2、W、3W/2、…時(shí)，斜率最大，靈敏度最高。故其輸出信號(hào)靈敏度Ku為Ku=2

Um/W(10-5)10可編輯10.1光柵傳感器10.1.2.2辨向原理

計(jì)量光柵辨向原理電路如圖10-4所示。圖10-4光柵辨向原理圖11可編輯10.1光柵傳感器

辨向原理：

在相距B/4位置設(shè)置兩個(gè)光電元件1和2，得到兩個(gè)相位差

/2的Moire條紋正弦電壓信號(hào)u1和u2，然后送到辨向電路中去處理。正向移動(dòng)（A）時(shí)，Y1輸出脈沖，計(jì)數(shù)器作加法計(jì)數(shù)；反向移動(dòng)（）時(shí)，Y2輸出脈沖，計(jì)數(shù)器作減法計(jì)數(shù)。由此辨向，進(jìn)行位移的正確測(cè)量。12可編輯10.1光柵傳感器10.1.2.3細(xì)分技術(shù)

細(xì)分技術(shù)就是當(dāng)Moire條紋變化一個(gè)周期時(shí)，輸出若干個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，減小脈沖當(dāng)量以提高分辨率。

1.機(jī)械細(xì)分(位置細(xì)分或直接細(xì)分)

在一個(gè)Moire條紋間距上相距B/4依此設(shè)置四個(gè)光電元件。當(dāng)Moire條紋變化一個(gè)周期時(shí)，可以獲得依此相差

/2的四個(gè)正弦信號(hào)，從而依此獲得四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（見圖10-5），實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。圖10-5四倍頻機(jī)械細(xì)分法

13可編輯10.1光柵傳感器

2.電子細(xì)分（正、余弦組合技術(shù)）

電子細(xì)分只需在一個(gè)Moire條紋間距上相距B/4的位置設(shè)置兩個(gè)光電元件，獲得相差

/2的兩個(gè)正弦信號(hào)

u1=Umsin(2

x/W)；u2=Umcos(2

x/W)

（10-6）（1）四倍頻細(xì)分由u1、u2及其各自的反相信號(hào)u3、u4，可以獲得依此相差

/2的四個(gè)正弦信號(hào)，從而獲得四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。14可編輯10.1光柵傳感器

（2）電阻電橋細(xì)分

圖10-6為電阻電橋細(xì)分電路，u1、u2分別為式（10-6）所示兩光電元件輸出的兩個(gè)Moire條紋電壓信號(hào)，設(shè)電橋負(fù)載電阻無(wú)窮大，則電橋輸出電壓uo為

(10-7)

電橋平衡條件

R2u1+R1u2=0

令2

x/W=

，則式（10-6）改寫為u1=Umsin

和u2=Umcos

，代入上式，得

tan=

R1/R2

（10-8）

R1/R2

x=W/2=Wtan-1(-R1/R2)/2圖10-6電阻電橋細(xì)分原理

15可編輯10.1光柵傳感器

由于R1/R2與位移x有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用電橋平衡信號(hào)（uo=0）去觸發(fā)施密特電路，便發(fā)出脈沖計(jì)數(shù)信號(hào)。從式（10-8）可見，只有在二、四象限內(nèi)才能滿足條件。但是，如果同時(shí)用u1、u2的反向信號(hào)，便可在四個(gè)象限中得到任意的細(xì)分組合。圖10-7就是這種電阻電橋10細(xì)分電路的例子。圖10-7電阻電橋10細(xì)分電路16可編輯10.1光柵傳感器

（3）電阻鏈細(xì)分法

電阻鏈細(xì)分實(shí)質(zhì)上也是電橋細(xì)分，只是結(jié)構(gòu)形式不同而已。如圖10-8所示，對(duì)任一輸出電壓為零時(shí)，有如下關(guān)系10-8電阻鏈細(xì)分電路

（10-9）

17可編輯10.2磁柵傳感器10.1.3零位光柵和絕對(duì)零位

光柵測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)增量式測(cè)量系統(tǒng)，在測(cè)量過程中，它只有相對(duì)零位。實(shí)際測(cè)量過程中需確定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，即絕對(duì)零位。零位光柵確定系統(tǒng)的絕對(duì)零位。零位光柵是在標(biāo)尺光柵和指示光柵的原有刻線之外另行刻制的，最簡(jiǎn)單的零位光柵刻線是一條單獨(dú)刻制的透光亮線。

圓光柵傳感器結(jié)構(gòu)原理與直線光柵相仿，它用于角位移測(cè)量。18可編輯10.2磁柵傳感器10.1.4光柵傳感器的應(yīng)用

光柵傳感器因其測(cè)量精度高、量程大、易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)中數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)反饋控制、工作母機(jī)的坐標(biāo)測(cè)量、機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈的比較和反饋校正以及工件和工模具形狀的二維和三維坐標(biāo)精密檢測(cè)等方面。圖10-13是透射長(zhǎng)光柵傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖10-13透射長(zhǎng)光柵傳感器19可編輯10.2磁柵傳感器10.2.1磁柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

結(jié)構(gòu)：磁柵傳感器有磁柵（磁尺或磁盤）、磁頭和檢測(cè)電路等組成，如圖10-14所示。圖10-14磁柵傳感器示意圖20可編輯10.2磁柵傳感器

磁信號(hào)節(jié)距：

長(zhǎng)磁柵，

=0.05mm，0.02mm兩種；磁柵條數(shù)在100~30000之間。

磁頭：動(dòng)態(tài)磁頭，非調(diào)制性磁頭或速度響應(yīng)式磁頭；靜態(tài)磁頭，磁通響應(yīng)式磁頭或調(diào)制式磁頭。21可編輯10.2磁柵傳感器

原理：

動(dòng)態(tài)磁頭與磁柵間以一定速度相對(duì)移動(dòng)時(shí)，磁頭線圈輸出正弦感應(yīng)信號(hào)，信號(hào)的大小與移動(dòng)速度有關(guān)。結(jié)構(gòu)原理如圖10-16所示。圖10-16動(dòng)態(tài)磁頭結(jié)構(gòu)與讀出信號(hào)22可編輯10.2磁柵傳感器

靜態(tài)磁頭為多間隙磁頭，磁芯上具有兩個(gè)繞組（激磁繞組N2和輸出繞組N1），它根據(jù)激磁繞組所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁尺上的磁化強(qiáng)度的變化情況，輸出一個(gè)與磁尺位置相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。靜態(tài)磁頭結(jié)構(gòu)如圖10-17所示。圖10-17靜態(tài)磁頭結(jié)構(gòu)23可編輯10.2磁柵傳感器24可編輯10.2磁柵傳感器

靜態(tài)磁頭的工作原理如圖10-18所示。激磁繞組相當(dāng)于一個(gè)非線性電感，激磁電流也是非線性的。磁芯回路中的

和Rm隨激磁電流工作的磁化曲線不同區(qū)段而變化。磁阻Rm在磁芯中的作用相當(dāng)于一個(gè)“磁開關(guān)”，對(duì)磁尺產(chǎn)生的磁通起“導(dǎo)通”和“阻斷”作用，從而引起輸出繞組的磁芯回路中的磁通變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。每一激磁電壓周期內(nèi)有兩次磁通變化，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率是激磁電壓頻率的2倍，幅值與磁尺所產(chǎn)生的磁通量大小成比例。25可編輯10.2磁柵傳感器圖10-18靜態(tài)磁頭磁柵傳感器工作原理圖262024/12/3027可編輯10.2磁柵傳感器10.2.2磁柵傳感器測(cè)量系統(tǒng)磁柵傳感器測(cè)量系統(tǒng)都采用兩個(gè)多間隙磁頭來(lái)讀出磁尺上的磁信號(hào)，如圖10-14所示。雙磁頭間隔

/4安置，則兩磁頭的磁信號(hào)相位差

/4，輸出繞組輸出相位差

/2的兩正弦信號(hào)

(10-14)式中，

—磁尺磁信號(hào)的空間波長(zhǎng)；x—磁頭在一個(gè)波長(zhǎng)

內(nèi)的位置狀態(tài)；

—輸出信號(hào)的頻率，

=2

f（激勵(lì)信號(hào)頻率為f/2）；EO1、EO2—兩輸出信號(hào)的幅值，通過調(diào)整，可使EO1=EO2=EO。28可編輯10.2磁柵傳感器

若采用鑒幅方式，則先經(jīng)檢波去掉高頻載波，得

(10-15)

再送相關(guān)電路進(jìn)行細(xì)分、辨向后輸出。29可編輯10.2磁柵傳感器

若采用鑒相方式，用兩個(gè)相差

/4的激磁信號(hào)激勵(lì)，則輸出信號(hào)為

(10-16)將這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)求和處理后，可得輸出信號(hào)為

(10-17)

這是一個(gè)幅值不變、相位隨磁頭與磁柵相對(duì)位置x而變化的信號(hào)，利用鑒相電路測(cè)量出相位，便可確定x。30可編輯10.2磁柵傳感器10.2.3磁柵傳感器的特點(diǎn)和誤差分析

磁柵傳感器錄制的磁信號(hào)的空間波長(zhǎng)

稍大于計(jì)量光柵的柵距W；

零磁柵錄制比零位光柵刻線簡(jiǎn)單；

存在零位誤差和細(xì)分誤差；

系統(tǒng)總誤差在±0.01

m以內(nèi)；

分辨力為1~5

m.。31可編輯10.3感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理而制成的測(cè)位移的傳感器，其輸出是數(shù)字量，測(cè)量精度高，并且能測(cè)1m以上的大位移，因而廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。32可編輯10.3感應(yīng)同步器10.3.1感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理

結(jié)構(gòu)：

直線式:滑尺（平面分段繞組，正、余弦繞組）和定尺（平面連續(xù)繞組）感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)式(圓盤式)：轉(zhuǎn)子（平面連續(xù)繞組）和

定子（平面分段繞組，正、余弦組）

感應(yīng)同步器的連續(xù)繞組和分段繞組相當(dāng)于變壓器的原邊繞組和副邊繞組，利用交變電磁場(chǎng)和互感原理工作。33可編輯10.3感應(yīng)同步器

圖10-19直線式感應(yīng)同步器示意圖圖10-20圓感應(yīng)同步器示意圖34可編輯10.3感應(yīng)同步器

原理：

圖10-21畫出一個(gè)簡(jiǎn)化了的直線式感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)，用來(lái)定性地說明它的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與相對(duì)位置之間的關(guān)系。圖10-21感應(yīng)同步器的相對(duì)位置與輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系

S—正弦繞組；C—余弦繞組；(f)感應(yīng)電勢(shì)與位移關(guān)系曲線35可編輯10.3感應(yīng)同步器

如圖（10-21），在滑尺的余弦繞組加上激勵(lì)電壓。由于繞組導(dǎo)片的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其端部，導(dǎo)片的長(zhǎng)度與氣隙之比又遠(yuǎn)大于1，因此，為了簡(jiǎn)化，可以略去定、滑尺繞組的端部影響，并將導(dǎo)片視為無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化，把激勵(lì)的正弦電壓看成帶正、負(fù)號(hào)的“直流”持續(xù)增長(zhǎng)情況。設(shè)其相應(yīng)的激勵(lì)電流方向如圖中所示。圖10-21(a)所示，余弦繞組中的電流在定尺繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)之和為零。這個(gè)位置稱為感應(yīng)同步器的零位置。當(dāng)滑尺向右移動(dòng)一段距離(W／8)，如圖10-21(b)的位置時(shí)，保持激勵(lì)電壓不變，如圖所示，余弦繞組左側(cè)導(dǎo)片在定尺繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)比右側(cè)導(dǎo)片所感應(yīng)的大，定尺繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和就不再為零，它的感應(yīng)電流的方向如圖中所示。36可編輯10.3感應(yīng)同步器

可以得出，定尺的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨著滑尺的右移而增大，在向右移動(dòng)W／4位置時(shí)(圖10-21(c))，達(dá)到最大值。滑尺繼續(xù)向右移動(dòng)，定尺的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又逐漸減小。當(dāng)移過W／2位置(圖10-21(d))時(shí)又回復(fù)到零?；咴倮^續(xù)向右移，定尺繞組中又開始有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出，但是電動(dòng)勢(shì)的極性改變了。在滑尺右移3W／4位置圖(10-21(e))時(shí)，定尺繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到負(fù)的最大值?；呃^續(xù)向右移動(dòng)，定尺中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)逐漸減小。當(dāng)移過距離W時(shí)，回復(fù)到圖10-21(a)的位置狀態(tài)，定尺繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也回復(fù)到開始時(shí)的零態(tài)。只是相對(duì)位置右移了一個(gè)周期W。再繼續(xù)移動(dòng)將重復(fù)以上過程。37可編輯10.3感應(yīng)同步器

可見，當(dāng)滑尺繞組上加上激勵(lì)電壓時(shí)，定尺輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是滑尺與定尺相對(duì)位置的正弦函數(shù)，如圖10-21(f)所示，可以寫成（10-18）式中，

=2

x/W，是位移所形成的正弦電壓的相位角。同理，如果滑尺正弦繞組加上與余弦繞組相同的激勵(lì)電流，則由于正、余弦繞組在空間位置上相差

/2的相位角(即空間位置相差W/4)，在同樣移動(dòng)情況下，將會(huì)在定尺繞組中產(chǎn)生相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只不過相位差

/2而已。為后面討論方便，可以將正、余弦繞組在定尺中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別寫成（10-19）38可編輯10.3感應(yīng)同步器10.3.2信號(hào)處理方式

1.鑒相法

如果滑尺的正、余弦繞組中的激勵(lì)電壓不是前面簡(jiǎn)化假設(shè)的“直流”情況，而是交流激勵(lì)電壓，則在定尺中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)es和ec將不再是幅值Em恒定、與相對(duì)位移成正、余弦關(guān)系，而是幅值交變的正、余弦關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在滑尺的正、余弦繞組上供給頻率相同、相位差

/2的交流激勵(lì)電壓，即正弦繞組激磁電壓us=Umsin

t

余弦繞組激磁電壓uc=Umcos

t（10-20）式中，Um—激磁電壓幅值。39可編輯10.3感應(yīng)同步器

由于定尺和滑尺都是平面繞圈，這種“線圈”又是由導(dǎo)體往復(fù)曲折構(gòu)成的“匝”，它并不是平面螺線，更不是柱形螺管，所以感抗L是非常小的，可以略去L而只考慮其電阻R，于是上列兩激勵(lì)電壓在各自的線圈中產(chǎn)生的電流是

(10-21)這種激勵(lì)電流在定尺中所感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)分別為(e=

kdi/dt)(10-22)式中，ks和kc分別為正、余弦繞組與定尺繞組間的耦合系數(shù)40可編輯10.3感應(yīng)同步器

定尺繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為滑尺的正、余弦繞組共同產(chǎn)生的，為當(dāng)ks=kc=k時(shí)，上式可以寫成

(10-23)

上式表明定尺繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eo的相位是感應(yīng)同步器相對(duì)位置

角(或位置x)的函數(shù)，位移每經(jīng)過一個(gè)節(jié)距W，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eo則變化一個(gè)周期(2

)。檢測(cè)eo的相位，就可以確定感應(yīng)同步器的相對(duì)位置。因此，這種方法稱為鑒相法。41可編輯10.3感應(yīng)同步器2．鑒幅法

如果滑尺繞組的激勵(lì)電壓分別為正弦繞組us=Umcos

cos

t

余弦繞組uc=Umsin

cos

t則在定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和為

eo=ec+es=kUmsin

tsin

cos

kUmsin

tcos

sin

=kUmsin(

)sin

t=Emsin(

)sin

t(10-24)式(10-24)表明，激勵(lì)電壓的電相角

值與感應(yīng)同步器的相對(duì)位置

角有對(duì)應(yīng)關(guān)系。調(diào)整激勵(lì)電壓的

值，使輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eo的幅值為零，此時(shí)，激勵(lì)電壓的

值就反映了感應(yīng)同步器的相對(duì)位置

。通過檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值來(lái)測(cè)量位置狀態(tài)或位移的方法稱為鑒幅法。42可編輯10.3感應(yīng)同步器

在這種情況下，利用專門的鑒幅電路，檢查eo的幅值是否等于零。若不等于零，則判斷(

)>0或是(

)<0，通過對(duì)

的自動(dòng)調(diào)整，使達(dá)到(

)=0。最后測(cè)出穩(wěn)定后的

值，它就是

值。由于

=

=2

x／W，所以

(10-25)這就是鑒幅法測(cè)位移x的原理。若設(shè)在初始狀態(tài)時(shí)

=

，則e=0。然后滑尺相對(duì)定尺存在一位移

x，使

+

，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增量為（10-26）由此可見，在位移增量

x較小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增量

e的幅值與

x成正比，通過鑒別

e的幅值，就可以測(cè)出

x的大小.43可編輯10.3感應(yīng)同步器

實(shí)際中設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)電路系統(tǒng)，每當(dāng)位移

x超過一定值(例如0.0lmm)，就使

e的幅值超過某一預(yù)先調(diào)定的門檻電平，發(fā)出一個(gè)脈沖，并利用這個(gè)脈沖去自動(dòng)改變激勵(lì)電壓幅值，使新的

跟上新的

。這樣繼續(xù)下去，便把位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)位移的數(shù)字測(cè)量。44可編輯10.3感應(yīng)同步器10.3.3直線式感應(yīng)同步器的接長(zhǎng)與定尺激勵(lì)方式

標(biāo)準(zhǔn)型直線式感應(yīng)同步器定尺的規(guī)定長(zhǎng)度為250mm，單塊使用時(shí)有效長(zhǎng)度為180mm左右。因此，當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度超過180mm時(shí)，需要用兩塊以上的定尺接長(zhǎng)使用。定尺接長(zhǎng)后輸出電動(dòng)勢(shì)會(huì)減弱。這是因?yàn)榻娱L(zhǎng)后感應(yīng)同步器輸出阻抗增大所造成的。為此，當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度超過一定值時(shí)，需要對(duì)定尺采取串、并聯(lián)組合的方法來(lái)改善信號(hào)條件。

3m以下的接長(zhǎng)，采用定尺繞組串聯(lián)接線方式；

3m以上的大行程接長(zhǎng)，往往采用分段串聯(lián)后再并聯(lián)的接線方式。定尺接長(zhǎng)時(shí)，在接縫區(qū)因?yàn)榇怕返淖兓瘜⒊霈F(xiàn)誤差跳動(dòng)的現(xiàn)象。目前我國(guó)已能生產(chǎn)長(zhǎng)度為lm，精確度達(dá)

1.5

m的定尺，這將有助于改進(jìn)直線式感應(yīng)同步器的接長(zhǎng)工作。45可編輯10.3感應(yīng)同步器

為了改善滑尺激勵(lì)的缺點(diǎn)，20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了定尺激勵(lì)技術(shù)。定尺激勵(lì)工作方式是在定尺繞組輸人一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，如Umcos

t，滑尺繞組中就分別輸出兩個(gè)幅值與感應(yīng)同步器位置狀態(tài)

有關(guān)的相位差

/2的信號(hào)

es=kUmsin

sin

t，ec=kUmcos

sin

t（10-27）通過相應(yīng)的電路處理，就可以測(cè)出感應(yīng)同步器的位置狀態(tài)

的值，進(jìn)而確定位置x。46可編輯10.3感應(yīng)同步器

定尺激勵(lì)工作方式的優(yōu)點(diǎn)：

(1)因激勵(lì)信號(hào)的負(fù)載是一個(gè)恒定負(fù)載—定尺，它不需要像滑尺激勵(lì)方式那樣改變有關(guān)參數(shù)，電路中沒有開關(guān)元件，因此，可以有效地加強(qiáng)激勵(lì)，提高輸出信號(hào)電平。

(2)在系統(tǒng)中，定尺是處于強(qiáng)信號(hào)電平下，滑尺是處于弱信號(hào)電平下。因此，定尺激勵(lì)改善了信號(hào)通道的信噪比，提高了抗干擾能力。

(3)在感應(yīng)同步器的制作中，不可能保證滑尺兩個(gè)繞組的空間位置完全正交(相差W/4間隔)，因而也就引人了一定的測(cè)量誤差。這種誤差在滑尺激勵(lì)方式中是無(wú)法彌補(bǔ)的。但是，在定尺激勵(lì)方式下，因?yàn)樗奶幚黼娐吩诟袘?yīng)同步器的后面，因此可以對(duì)這種誤差加以校正。因而有利于提高細(xì)分，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。

(4)在對(duì)正、余弦函數(shù)信號(hào)的處理中不涉及功率，因此，有利于提高電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。47可編輯10