直线式感应同步器

1直线式感应同步器感应同步器主要是用在高精度数字显示系统或数控闭环系统中用以检测角位移或线位移信号。例如高精度伺服转台、雷达天线、火炮和无线电望远镜的定位跟踪、精密数控机床以及高精度位置检测系统中。直线型感应同步器由定尺和滑尺组成，测量直线位移，用于闭环伺服系统。23直线式感应同步器的结构正弦绕组余弦绕组滑尺定尺ττUdUsUc2/24直线式感应同步器利用两个平面形印刷绕组，其间保持均匀气隙作相对平行移动，根据交变磁场和互感原理而工作的。5W2片宽a2间隔b2定尺为连续绕组，节距W2＝2(a2＋b2)，其中a2为导电片宽，b2为片间间隙，定尺节距即为检测周期W，常取W2＝2mm。滑尺为分段绕组，分为正弦和余弦绕组两部分,两绕组的节距都为W1＝2(a1＋b1)，一般取W1＝W2或W1＝2W2/3。2＇121＇l1W1a1b160.15~0.35mm节距2τ（2mm）节距（0.5mm）直线式感应同步器的安装结构：二尺与导轨平行sincos41定尺（连续感应绕组）：固定在机床的固定部件滑尺（分段励磁绕组：正弦+余弦）：固定在移动部件滑尺上有正弦和余弦励磁绕组，在空间位置上相差1/4节距，定尺和滑尺绕组的节距相同。7若滑尺绕组加励磁电压，则由于电磁感应而在定尺绕组上产生感应电压，其大小取决于滑尺与定尺的相对位置。直线式感应同步器的工作原理2ττ/2E定尺正弦绕组滑尺余弦绕组VsVci1i2（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。）8当滑尺处于A位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合，定尺绕组线圈中穿入的磁通最多，则定尺上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平行移动，穿入定尺的磁通逐渐减少，感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置，与定尺绕组刚好错开1/4节距时，感应电压为零。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如图所示9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。再移至3/4节距，即图中D点位置时，感应电压又变为零，当移动一个节距位置如图中E点，又恢复到初始状态，与A点相同。在定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ABCDE。10距离U11若励磁电压u＝Umsinωt则定尺绕组产生的感应电势ee＝kUmcosθcosωt式中Um—励磁电压幅值(V)ω—励磁电压角频率(rad/s)k—电磁耦合系数，与绕组间最大互感系数有关；θ—滑尺绕组相对定尺绕组在空间的电气相位角；kUm—为感应电压的幅值。12直线式感应同步器的信号处理原理滑尺正弦绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：Uos=KUScosθ1滑尺余弦绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：Uoc=KUccos（θ1+π/2）=－KUcsinθ113滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺绕组上的总感应电压为：Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1K—电磁感应系数θ1—定尺绕组上的感应电压的相位角14感应同步器就是利用感应电势的变化，来检测在一个节距W内的位移量，为绝对式测量。设滑尺绕组的节距为2τ，它对应的感应电势按余弦函数规律将变化2π。若滑尺的移动距离为x，则对应于感应电势以余弦函数将变化θ：()22xxpqptt==根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、Uc供电方式的不同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。15直线式感应同步器的应用方式1）鉴相工作方式根据感应输出电压的相位来检测位移量供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同，相位相差90°的交流励磁电压Us＝UmsinωtUc=Um（sinωt+π/2）=Umcosωt当滑尺移动x距离时，则定尺上的感应电压为Ud1＝kUscosθ＝kUmsinωtcosθUd2＝kUccos（θ＋π/2）＝－kUmcosωtsinθ16应用叠加原理得出定尺绕组中的感应电压为Ud=Ud1＋Ud2＝kUmsin（ωt－θ）通过鉴别定尺感应输出电压的相位，即可测量定尺和滑尺之间的相对位移。Um—励磁电压幅值(V)ω—励磁电压角频率(rad/s)k—电磁耦合系数，与绕组间最大互感系数有关；θ—滑尺绕组相对定尺绕组在空间的电气相位角；kUm—为感应电压的幅值。例：感应电势与励磁电压相位差θ=1.8°，节距W=2mm，由θ=2πx/Wx=0.01mm172）鉴幅工作方式根据定尺输出的感应电势的振幅变化来检测位移量。给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以为同频率、同相位，但不同幅值，即Us＝UmsinαsinωtUc＝Umcosαsinωt式中α—励磁电压的给定为电气角.分别励磁时，在定尺绕组上产生的输出感应电势分别为：Uds＝kUmsinαcosωtcosθUdc＝kUmcosαcos(θ＋π/2)cosωt＝－kUmcosαcosωtsinθ18根据叠加原理，定尺绕组上总输出感应电势Ud为Ud＝Uds＋Udc＝kUmsinαcosθcosωt－kUmcosαsinθcosωt＝kUmsin（α－θ）sinωt定尺绕组中的感应电压Ud的幅值为Umsin（α－θ）若电气角α已知，则只要测量出Ud的幅值，便可间接地求出θ值，从而求出被测位移x的大小。当定尺绕组中的感应电压Ud＝0时，α＝θ，只要逐渐改变α值，使Ud＝0，便可求出θ值，从而求出被测位移x。19令，当很小，，式（6-10）可近似表示为Ud≈Umsinωt将式代入上式得当位移量Δx很小时，感应电压Ud的幅值与Δx成正比，因此可以通过测量Ud的幅值来测定位移量Δx的大小。从而实现精确测量。sin)sin(txUUmdsin20直线式感应同步器的特点精度高输出的电压是许多对极感应电压的平均值适用性强电磁感应，不怕油污和灰尘，不易受干扰工作可靠、抗干扰性强测量长度不受限制可多根定尺接长使用寿命长，维护简单工艺性好，成本低、应用广泛