感应同步器的绕组3.16.4 感应同步器感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移和角位移 的一种传感器感应同步器由两个平面绕组构成，利用电磁感应原理，把直线 位移或转角位移变为电信号测量直线位移的称长感应同步器，由 定尺和滑尺组成测量转角位移的称圆感应同步器，由转子和定子 组成2、直线式感应同步器的结构直线式感应同步器的定尺和滑尺， 都由 图中的基板、 绝缘层和绕组构成， 绕组的外 面包有一层与绕组绝缘的接地屏蔽层， 如图 所示定尺安装在静止的机械设备上，与导轨母线 平行； 滑尺安装在活动的机械部件上，与定尺 之间保持均匀的狭小气隙 滑尺相对定尺而移 动直线式感应同步器外形 直线式感应同步器定尺和滑尺的基板采用铸 铁或其他钢材做成 这些钢材的线膨胀系数应 与安装感应同步器的床身的线膨胀系数相近， 以减小温度误差在定尺和滑尺上腐蚀成印制电路绕组， 绕组 的材料为铜 考虑到接长的要求和安装的方便， 将定尺绕组做成连续式， 由一连串线圈串联而成 ； 而将滑尺绕组做成分段式， 并分别为正弦绕组 （S绕组）和余弦绕组（C绕组）， 它们在空间位 置上错开而形成90°相位差。
Ø 定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组 l定尺、滑尺绕组中相邻两有效导体间的距离分别为节距W2、 W1 ，统称节距，用2τ表示，常取2mm，节距代表测量周期 l绕组节距w2=w1=2(a1+b1),其中a1,b1分别为刀片宽度和间隙 ，滑尺的节距也可取 w1=2w2/3Ø 滑尺有两组绕组，一组为正弦绕组，另一为余弦绕组 l当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/4 节距 l11’为正弦绕组，22’为余弦绕组，定尺与滑尺之间的间隙为 0.3mm左右Ø 定尺比滑尺长，其中被全部滑尺绕组所覆盖的尺寸有效导体 数称为直线感应同步器的极数定尺和滑尺绕组结构 （a） 定尺绕组； （b） 滑尺绕组感应同步器定尺、滑尺 直线式感应同步器的种类根据不同的运行方式、精度要求、测量范围 、安装条件等， 直线式感应同步器可设计成各 种不同的尺寸、形状和种类 直线感应同步器可分为标准型和窄形两种 窄形直线同步感应器中定尺、滑尺长度与标 准型相同，仅是宽度较窄标准型直线感应同 步器精度高，应用广，每根定尺长250mm如果 测量长度超过175mm时，可将几根定尺接起来使 用，甚至可连接长达十几米，但必须保持安装 平整，否则极易损坏。
感应同步器的工作原理感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路 绕组的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为 电信号类似于变压器的原边和副边精度高，分辨率可达0.05um，测量位移范围大， 广泛用于数控机床、雷达天线定位跟踪等当在滑尺绕阻施加激励交变电压时，在定尺绕阻可 感应出与两尺位置由关系的交变电压，根据激励电压的 不同，可分为鉴相式和鉴幅式两种感应同步器工作时，定尺和滑尺相互 平行、相对放置，它们之间保持一定的气 隙（0.25±0.005）mm，定尺固定，滑尺 可动当滑尺的S和C绕组分别通过一定的 正、余弦电压激励时，定尺绕组中就会有 感应电势产生，其值是定、滑尺相对位置 的函数Ø 滑尺两段感应绕组相对于定尺绕组在空间错开1/4节距Ø 定尺固定在床身上，滑尺则安装在机床的移动部件上Ø 滑尺两个绕组中的任一绕组加上激励电压时，由于电磁 感应，在定尺绕组中会感应出相同频率的感应电压，通 过对感应电压的测量，可以精确地测量出位移量感应电动势移动距离U0USUC定尺滑尺2ττ/2正弦绕 组A余弦绕 组Bl在励磁绕组上加上一定的交变励磁电压，定尺绕组 中就产生相同频率的感应电动势，其幅值大小随滑尺 移动呈余弦规律变化。
l滑尺移动一个节距，感应电动势变化一个周期ü a点: 定尺与滑尺绕组重合，这时感应电压最大；ü 当滑尺相对于定尺平行移动后，感应电压逐渐减小，在错开 1/4节距时，移到图中b点位置，感应电压为零ü 再移动至1/2节距处，即图中c点位置时，定尺线圈中穿出的 磁通最多，感应电压最大，但极性相反ü 再移至3/4节距，即 图中d点位置时，感应 电压又变为零，ü 当移动一个节距位置 (e点)，又恢复到初始 状态，与a点相同l在滑尺移动一个节距 的过程中，感应电压 近似于余弦函数变化 了一个周期，如图中 abcdel感应同步器就是利用 感应电压的变化进行 位置检测的感应电压的幅值变化规律就是一个周期性的余弦曲线Ø 在一个周期内，感应电压的某一幅值对应两个位移点，如图 中M、N两点Ø 为确定唯一位移，在滑尺上与正弦绕组错开1/4节距处，配置 了余弦绕组Ø 若在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压，也能得出定尺 绕组感应电压与两尺相对位移的关系曲线，它们之间为正 弦函数关系(图中OP)Ø 若滑尺上的正、余弦绕组同时励磁，就可以分辨出感应电 压值所对应的唯一确定的位移2、感应同步器的检测电路两种工作方式：鉴相式和鉴幅式鉴相式：通过检测感应电动势的相位测量位移。
鉴幅式：通过检测感应电动势的幅值测量位移1）鉴相式：在这种工作方式下，给滑尺的sin绕组和cos绕组 分别通上幅值、频率相同而相位差为900的交流 电压：U Us s= U= Umm sinωt sinωt U Uc c = U= Um m cosωtcosωtØ 励磁信号将在空间产生一个以ωω频率移动的行波频率移动的行波ØØ 磁场切割定尺导片，并在其中感应出电动势，该电动磁场切割定尺导片，并在其中感应出电动势，该电动 势随着定尺与滑尺位置的不同而产生超前或滞后的相位势随着定尺与滑尺位置的不同而产生超前或滞后的相位 差差θØ 滑尺正弦绕组上加励磁电压Us后，与之相耦合的定 尺绕组上的感应电压为： Es=KUsCosθ=KUmSinωtCosθØ 滑尺余弦绕组上加励磁电压Uc后，与之相耦合的定 尺绕组上的感应电压为：Ec=KUcCos（θ+π/2） =－KUmSinθCosωtl滑尺正、余弦绕组上同时加励磁电压Us、 Uc时，感 应同步器的磁路是线性的，根据叠加原理，则定尺绕 组上的总感应电压为： E =Es+Ec=KUmSin（ωt +θ）K— 电磁感应系数 θ —定尺绕组上的感应电压的相位角2 2）鉴幅式）鉴幅式 在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不 同（分别与位移相位角同（分别与位移相位角θ θ1 1成正余弦关系）的交变电压：成正余弦关系）的交变电压： U Us s= -U= -Um m ＳＳinθinθ1 1ＳＳinωt inωt U Uc c = U= Um m ＣＣosθosθ1 1ＳＳinωt inωt ØØ 正弦绕组单独供电时正弦绕组单独供电时U Us s= U= Um m ＳＳinθinθ1 1ＳＳinωt inωt U Uc c = 0= 0 当滑尺移动时，定尺上的感应电压当滑尺移动时，定尺上的感应电压U U0 0随滑尺移动距离随滑尺移动距离x x （相应的位移角（相应的位移角θ θ）而变化。
设滑尺正弦绕组与定尺绕）而变化设滑尺正弦绕组与定尺绕 组重合时组重合时x=0x=0（即（即θ=0θ=0），若滑尺从），若滑尺从x=0x=0开始移动，则在开始移动，则在 定尺上的感应电压为定尺上的感应电压为U U/ /0 0= =KUKUmmＳＳinθinθ1 1ＳＳinωtinωtＣＣosθosθØØ 余弦绕组单独供电时余弦绕组单独供电时U Us s= 0 = 0 U Uc c= = kUkUmm cosθcosθ1 1ＳＳinωtinωt若滑尺从若滑尺从x=0x=0开始移动，则在定尺上的感应电压为开始移动，则在定尺上的感应电压为U U/ // /0 0=-KU=-KUmmcosθcosθ1 1ＳＳinωtSinθinωtSinθl l当正弦与余弦同时供电时，根据叠加原理，则定尺当正弦与余弦同时供电时，根据叠加原理，则定尺 绕组上总输出的感应电动势为绕组上总输出的感应电动势为E = UE = U/ /0 0 +U U// //0 0 =KU=KUs sＣＣosθosθ－－KUKUc cＳＳinθ inθ =KU =KUm m ＳＳinin（（θ θ1 1－－θ θ）Ｓ）Ｓinωtinωtθ1= πx1/τ（x1是指令位移值）结论：定尺上感应电压的幅值随指令给定的位移结论：定尺上感应电压的幅值随指令给定的位移X X1 1( (θ1) )与工作台实际位移量与工作台实际位移量 X(X(θ) )的差值的正弦规律变化的差值的正弦规律变化1．旋转式感应同步器Ø 由定子和转子两部分组成。
定子、转子：用不锈钢、硬铝合金等材料作基板，呈 环形辐射状l定子和转子相对的一面都有 导电绕组，绕组用铜箔构成 （厚0.05mm）l基板和绕组之间有绝缘层l绕组表面还要加一层和绕组 绝缘的屏蔽层（铝箔或铝膜 ）Ø 转子绕组为连续绕组；Ø 定子上有两相正交绕组（sin绕组和cos绕组）， 做成分段式，两相绕组交差分布，相差90相位角 属于同一相的各相绕组用导线串联起来感应同步器感应同步器的信号处理方式对于感应同步器组成的检测系统可以采用不同 的励磁方式，输出信号也可采用不同的处理方式 ，从励磁方式来说一般可分为两大类，一类是以 滑尺(或定子)励磁，由定尺(或转子)输出；另一 类是以定尺励磁由滑尺输出感应同步器的信号 处理方式一般有鉴相型、鉴幅型和脉冲调宽型三 种感应同步器的应用感应同步器的应用十分广泛它与数字位 移显示装置(简称感应同步器数显表)配合，能 快速地进行各种位移的精密测量，并进行数字 显示它若与相应电气控制系统组成位置伺服 控制系统(包括自动定位及闭环伺服系统)，能 实现整个测量系统的半自动化及全自动化如 在感应同步器数显表中配上微处理器，将大大 提高了数字显示功能及位移检测的可靠性。
鉴幅型感应同步器数显表直线感应同步器数显装置系统联接示意图感应同步器鉴幅位移测量装置如图所示，它由感应 同步器和数显表两部分组成，前置放大器、匹配变压器 与感应同步器一起安装在机床上SF2P型感应同步器数显表 通用型前置放大器，激磁匹配器感应同步器定尺、滑尺直线感应同步器数显装置系统。