传感器与检测技术课件第二章-5感应同步器

1、第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 感应同步器是利用感应同步器是利用电磁感应原理电磁感应原理将将线位移线位移和和角位移角位移转换成转换成电信号电信号的一种装置。的一种装置。 根据用途，可将感应同步器分为根据用途，可将感应同步器分为直线式直线式和和旋转式旋转式两种，分两种，分别用于测量别用于测量线位移线位移和和角位移角位移。三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 sin cos 节距定尺滑尺三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原理

2、感应同步器有一个固定绕组和一个可动绕组。绕组采用腐蚀的感应同步器有一个固定绕组和一个可动绕组。绕组采用腐蚀的方法在印制电路板上制成，故称印制电路绕组。方法在印制电路板上制成，故称印制电路绕组。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 感应同步器是利用感应同步器是利用励磁绕组励磁绕组与与感应绕组感应绕组间发生相对位移时，间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，由于电磁耦合的变化，感应绕组感应绕组中的中的感应电压感应电压随随位移位移的变的变化而变化，借以进行位移量的检测。化而变化，借以进行位移量的检测。三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原

3、理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 感应同步器感应同步器滑尺滑尺上的绕组是上的绕组是励磁绕组励磁绕组，定尺定尺上的绕组是上的绕组是感感应绕组应绕组。 定尺固定在床身上，滑尺则安装在机床的移动部件上。通定尺固定在床身上，滑尺则安装在机床的移动部件上。通过对感应电压的测量，可以精确地测量出位移量。过对感应电压的测量，可以精确地测量出位移量。三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 感应电动势感应电动势移动距离移动距离U0USUS定尺定尺滑尺滑尺WW/4正弦绕组正弦绕组A

4、A余弦绕组余弦绕组B B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。滑尺移动一个节距，感应电动势变化一个周期。变化。滑尺移动一个节距，感应电动势变化一个周期。三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 当当滑尺滑尺相对相对定尺定尺移动时，滑尺与定尺的移动时，滑尺与定尺的相对位置相对位置发生变化，发生变化，改变了通过改变了通过定尺绕

5、组的磁通定尺绕组的磁通，从而改变了，从而改变了定尺绕组中输出定尺绕组中输出的感应电动势的感应电动势E。 E的变化反映了定、滑尺间的相对位移，实现了位移至电的变化反映了定、滑尺间的相对位移，实现了位移至电量的变换。量的变换。 三、感应同步器三、感应同步器1.1.感应同步器的结构和原理感应同步器的结构和原理实际测试时，感应同步器一般与数显表共同组成一个位实际测试时，感应同步器一般与数显表共同组成一个位移测试系统。根据对滑尺的正、余弦绕组供给励磁电压移测试系统。根据对滑尺的正、余弦绕组供给励磁电压方式的不同，又分为鉴相和鉴幅测试系统。方式的不同，又分为鉴相和鉴幅测试系统。鉴相型：通过鉴相型：通过检测

6、感应电动势的相位检测感应电动势的相位测量位移测量位移鉴幅型：通过鉴幅型：通过检测感应电动势的幅值检测感应电动势的幅值测量位移测量位移第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 三、感应同步器三、感应同步器鉴相型鉴相型滑尺正、余旋绕组上同时加入同频、等幅、相位相差滑尺正、余旋绕组上同时加入同频、等幅、相位相差9090的激励电压的激励电压 时，感应同步器的磁路可视时，感应同步器的磁路可视为线性的，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺绕组上的为线性的，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：总感应电压为：sin()SCixEEEkUtcoscost tsinsint和Ut

7、和UU Ui ii iK-与感应同步器结构有关的电磁耦合系数；与感应同步器结构有关的电磁耦合系数；x-相位角，相位角，W-定尺节距（定尺节距（m）xWx2第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 滑尺与定尺相对位移量滑尺与定尺相对位移量x的求取：的求取： W:2= x:x x=Wx/2结论：相对位移量结论：相对位移量 x 与与 相位角相位角x 呈线性关系，呈线性关系，只要能测出相位角只要能测出相位角x，就可求得位移量，就可求得位移量 x 。三、感应同步器三、感应同步器鉴相型鉴相型第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 三、感应同步器三、感应同步器鉴相式

8、测量电路工作原理鉴相式测量电路工作原理脉冲发生器发出频率一定的脉冲序列，经脉冲相位变换器进行脉冲发生器发出频率一定的脉冲序列，经脉冲相位变换器进行分频，输出参考信号方波和指令信号方波。分频，输出参考信号方波和指令信号方波。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 指令信号方波使励磁供电线路产生振幅、频率相同而相位指令信号方波使励磁供电线路产生振幅、频率相同而相位差差9090 的正弦信号电压的正弦信号电压U Ui isinsin t t和余弦信号电压和余弦信号电压U Ui icoscos t t，供给感应同步器滑尺或定尺的供给感应同步器滑尺或定尺的A A、B B绕组。绕组。三

9、、感应同步器三、感应同步器鉴相式测量电路工作原理鉴相式测量电路工作原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 定尺上产生感应电动势定尺上产生感应电动势E E，经放大整形后变为方波，并和，经放大整形后变为方波，并和参考信号方波送入鉴相器。参考信号方波送入鉴相器。三、感应同步器三、感应同步器鉴相式测量电路工作原理鉴相式测量电路工作原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 鉴相器的输出是感应电动势信号与参考信号的相位差，即鉴相器的输出是感应电动势信号与参考信号的相位差，即相位相位x，且反映出它的正负。相位信号和高频脉冲信号一，且反映出它的正负。相位信号和

10、高频脉冲信号一起进入与门电路，当相位信号起进入与门电路，当相位信号x存在时，门打开，允许高存在时，门打开，允许高频时间脉冲信号通过；当相位信号频时间脉冲信号通过；当相位信号x不存在时，门关闭。不存在时，门关闭。三、感应同步器三、感应同步器鉴相式测量电路工作原理鉴相式测量电路工作原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 这样，门输出的信号脉冲数与相角这样，门输出的信号脉冲数与相角x x成正比。该脉冲进成正比。该脉冲进入可逆计数器计数，并由译码和显示器显示数字。通过门入可逆计数器计数，并由译码和显示器显示数字。通过门电路的信号脉冲还送到脉冲相位变换器中，使参考信号跟电路的信

11、号脉冲还送到脉冲相位变换器中，使参考信号跟随感应电动势的相位。随感应电动势的相位。三、感应同步器三、感应同步器鉴相式测量电路工作原理鉴相式测量电路工作原理第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 根据感应电动势根据感应电动势E的幅值鉴别位移量的幅值鉴别位移量x的大小的大小三、感应同步器三、感应同步器鉴幅型鉴幅型第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 根据感应电动势根据感应电动势E的幅值鉴别位移量的幅值鉴别位移量x的大小的大小 滑尺正、余弦绕组通入的激励电压同频、同相，但幅值不滑尺正、余弦绕组通入的激励电压同频、同相，但幅值不同。同。三、感应同步器三、感

12、应同步器鉴幅型鉴幅型第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 当正、余弦绕组上施加的激励电压为当正、余弦绕组上施加的激励电压为 和和 时，时， 定尺上的感应电动势为定尺上的感应电动势为E。在滑尺偏离初始位置。在滑尺偏离初始位置 x位移后，位移后，其感应电动势为其感应电动势为iAsinUtiBcosUt2coscosmEkUxtAtW2mAkUxW三、感应同步器三、感应同步器鉴幅型鉴幅型第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 三、感应同步器三、感应同步器2.2.感应同步器测位移的特点感应同步器测位移的特点具有较高的精度与分辨力。其测量精度首先取决于印制电

13、具有较高的精度与分辨力。其测量精度首先取决于印制电路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。感应路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。感应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应减小了局部误差的影响。减小了局部误差的影响。抗干扰能力强。感应同步器在一个节距内是一个绝对测量抗干扰能力强。感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置相对应的单值电压信装置，在任何时间内都可以给出仅与位置相对应的单值电压信号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消失后不再有影响。平号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消

14、失后不再有影响。平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 使用寿命长，维护简单。定尺和滑尺，定子和转子互不使用寿命长，维护简单。定尺和滑尺，定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命很长。它不怕油污、接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命很长。它不怕油污、灰尘和冲击振动的影响，不需要经常清扫。但需装设防护灰尘和冲击振动的影响，不需要经常清扫。但需装设防护罩，防止铁屑进入其气隙。罩，防止铁屑进入其气隙。三、感应同步器三、感应同步器2.2.感应同步器测位移的特点感应同步器测位移的特点可以

15、作长距离位移测量。可以根据测量长度的需要，将若可以作长距离位移测量。可以根据测量长度的需要，将若干根定尺拼接。拼接后总长度的精度可保持（或稍低于）单干根定尺拼接。拼接后总长度的精度可保持（或稍低于）单个定尺的精度。目前几米到几十米的大型机床工作台位移的个定尺的精度。目前几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量，大多采用感应同步器来实现。直线测量，大多采用感应同步器来实现。工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 例题例题感应同步器感应同步器定尺上的感应电动势为：定尺上的感应电动势为：其中其中W

16、0.2mm若若E=10sin(100t+0.96 )，求此时测得的位移求此时测得的位移l2siniEU kltW第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 第三节第三节 大位移传感器大位移传感器四、激光式位移传感器四、激光式位移传感器 由由激光器激光器、光学元件光学元件、光电转换元件光电转换元件构成的激光测量系统构成的激光测量系统 将被测将被测位移量位移量转换成转换成电信号电信号。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 第三节第三节 大位移传感器大位移传感器四、激光式位移传感器四、激光式位移传感器 激光检测有精度高、测量范围大、测试时间短、非接触、激光检

17、测有精度高、测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、效率高等优点。易数字化、效率高等优点。 激光干涉测长技术，目前已广泛地应用于精密长度测量，激光干涉测长技术，目前已广泛地应用于精密长度测量，如磁尺、感应同步器、光栅的检定；精密机床位移检测与如磁尺、感应同步器、光栅的检定；精密机床位移检测与校正；集成电路制作中的精密定位等。校正；集成电路制作中的精密定位等。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 第三节第三节 大位移传感器大位移传感器四、激光式位移传感器四、激光式位移传感器 常用的激光干涉测长传感器分为常用的激光干涉测长传感器分为单频激光干涉传感器单频激光干涉传感器和和双双频激光干涉传感器频激光干涉传感器。第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 第三节第三节 大位移传感器大位移传感器四、激光式位移传感器四、激光式位移传感器（1）单频激光干涉传感器单频激光干涉传感器第二章 位移检测传感器第三节第三节 大位移传感器大位移传感器 第三节第三节 大位移传感器大位移传感器四、激光式位移传感器四、激光式位移传感器（1）单频激光干涉传感器单频激光干涉传感器 单频激光干涉测长传感器的精度高，分辨力高，测量单频激光干涉测长传感器的精度高