感应同步器的原理及应用

感应同步器工作原理及应用摘要:感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移线。将角度或直线位移信号变换为交流电压的位移传感器，又称平面式旋转变压器。它有圆盘式和直线式两种。在高精度数字显示系统或数控闭环系统中圆盘式感应同步器用以检测角位移信号，直线式用以检测线位移。感应同步器广泛应用于高精度伺服转台、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。关键词：感应同步器、原理、应用、直线式、旋转式Abstract:TheinductosynisasystemthattransformthelinearandangulardisplacementintoelectricsignalusetheElectromagnetictheory.Accordingtoitsusetheinductosyncanbedividedintothelinearandtherotary,whichisusetomeasurethelinearandtheangular.ThelinearinductosynthattransformthelinearandangulardisplacementintoACVoltageiscalledplanerotarytransformer,whichisdividedintotwotypesthanisthelinearandthedisc.IntheprecisiondigitaldisplaysystemorCNCclosed-loopsystem,thediscinductosynisusedtomeasurethesignalofangularandthelinearinductosynisusedtomeasurethesignaloflinear.Theinductosynisalsowidelyusedinthelocationtracking,theprecisionCNCmachinetoolsandthehigh-precisionpositiondetectionsystemoftheprecisionservoturntable,theradarantenna,theartilleryandtheradioTelescope.Keywords:inductosyntheoryuselinearrotary1.感应同步器的工作原理感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置而变化的原理而进行工作的。直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，定尺上是连续绕组，滑尺上是分段绕组，滑尺为正余弦绕组。其绕组布置如图1所示。滑尺上展开分布着两个印刷电路绕组，每个节距相当于绕组空间分布的周期，又称极距，一般为2mm，用2τ表示。滑尺与定尺相互面向平行安装，两者保持0.2mm左右距离。感应同步器的工作原理如图2所示。当定尺绕组加以频率为f，幅值恒定的交流激磁电流I（或电压）时，滑尺两绕组将产生与激磁电流频率相同、幅值随两尺相对位置而变化的感应电势e，滑尺某一绕组与定尺绕组完全重合时，磁通耦合度最大，故该滑尺感应的电势最大；两绕组错开1/4节距（即1/4*2τ=0.5τ）时，滑尺耦合的正负磁通互相抵消，感应电势为零；互相错开1/2节距时，感应的电势与绕组重合时的感应电势幅值相同而相位相反。设定尺激磁电压u0=Umsinωt，绕组在图12-2所示位置时为位移x的零点，则绕组A的感应电势为UA=kU0cosθ=kUmsinωtcosθ（1）式中，k为耦合系数，相移θ由下式决定：θ=2π*x/2τ=πx/τ（2）故绕组A称为余弦绕组。同理，绕组B的感应电势为UB=kU0sinθ=kUmsinωtsinθ（3）故绕组B称为正弦绕组。上述输出信号是各极输出信号的平均结果，误差可以得到均衡补偿，故精度较高。其信号处理方式可分为鉴相方式和鉴幅方式两种——分别用输出感应电动势的相位或幅值来进行处理。鉴相法——根据感应电势的相位来鉴别位移量。在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相同、相位差为90°的交流电压励磁即:定尺输出的总感应电势为:通过鉴别感应电动势的相位，例如同励磁电压比相，即可测出定尺和滑尺之间的相对位移。鉴幅法——根据感应电势的幅值来鉴别位移量。ooτ/22τuouaoooouA正弦绕组B余弦绕组A(h+0.25)2τ图2感应同步器工作原理理理图1感应同步器绕组布置定尺滑尺sincossmcmuUtuUt2sin(),SCmeeekUtxW其中在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值不同的正弦激励电压，即:定尺输出的总感应电势为:感应同步器相当于调幅器，可由幅值变化测量位移量。2.感应同步器的应用感应同步器具有较高的精度与分辨力较强的抗干扰能力；使用寿命长，维护简单；又可以作长距离位移测量；且工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。因而被广泛应用于机械加工以及数控机床中。感应同步器与数字显示装置组成的成套测量装置称为数码显示表。各种金属切削机床，特别是大型和重型机床，在加工大尺寸的工件和进行特殊加工工艺时采用数码显示表，可以大大提高加工精度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高生产效率。它即向感应同步器提供所需要的激磁电压，又可将感应同步器输出的电势所反映的位移量用数字显示出来，使用方便直观，在机械加工工业中已得到越来越广泛的应用。例如，大型和重型立式车床，因加工工件的尺寸大，所用的量具不但体积大而且相当笨重，常用的游标卡尺一般重约十几公斤，有的甚至重达四十公斤，既消耗体力大，又不易测量准确。如果采用数码表检测装置，就可解决上述问题。具体的方法是利用两套直线式感应同步器和数显表分别作为水平和竖直两坐标位移测量装置。安装方式只要便于安装即可。例如可将一台感应同步器的定、滑尺分别安装在横梁和右垂直刀架的溜板上，另一台感应同步器的定、滑尺分别安装在右垂直刀架的滑枕和滑座上。这样当右垂直刀架移动时，便可由安装在操纵台上的两台数显表分别读出水平和垂直的两坐标的位移量。感应同步器因具有很多独特的优点，目前在国内外的很多数控机床中被用作检测元件（即传感器）,构成闭环或半闭环数控系统。机床的数字控制系统，按控制刀具相对于工件移动的轨迹之不同，可分为点位控制系统和位置随动系统。点位控制系统主要是控制刀具或工作台从某一加工点到另一加工点之间的准确定位，而对点与点之间所经过的轨迹则不加控制。工作前通过输入装置（如光电阅读机、数码拨盘等）先给计数器预置某一相应工作台的指令脉冲数，脉冲发生器按机床移动速度的要求不断发出脉冲。sinsinsScCuUtuUtsincossmcmUUUU2sin()sin,SCmeeekUtxW其中图3就是感应同步器在点位控制系统中应用的一例。系统的工作过程是：当计数器内有数时，门电路打开，步进电机按脉冲发生器发出的脉冲数驱动工作台作步进运动，并带动感应同步器的滑尺移动，滑尺每移动一定距离，例如0.01mm，感应同步器检测装置发出一个脉冲，这一脉冲进入计数器，说明工作台已移动了0.01mm，计数器中的数就少了一个数。当机床运动到预定位置时，感应同步器检测装置发出的累计脉冲数正好等于指令脉冲数，计数器出现全“0”状态，门电路关闭，工作台就停止运动，实现了准确定位。位置随动系统或称连续控制系统，不仅要求在加工过程中实现点到点的准确定位，而且要保证运动过程中逐点的定位精度，即对运动轨迹上的各点都要求能精确地跟踪指令。例如龙门铣床，万能铣床等加工凸轮、样板和模具等曲线或曲面是就属于这种情况。参考文献[1]《感应同步器及其系统》陆永平，岑文远编著国防工业出版社1985。[2]《感应同步器及其数显技术》端木时夏等编著同济大学出版社1990.11。[3]《数字式传感器》[英］G.A.伍尔沃特著国防工业出版社1981。[4]《数字式传感器》朱伯申张炬著1996。图3点位控制系统原理方框图