感应同步器

        感应同步器， inducsyn

        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。

        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。

        圆盘式感应同步器由定、转子组成。       

  其制作过程是先用0.1毫米厚的敷铜板刻制或用化学腐蚀方法制成绕组，再将它固定到10毫米厚的圆盘形金属或玻璃钢基板上，然后涂敷一层防静电屏蔽膜。定转子间间隙为0.2～0.3毫米。转子绕组为单相连续扇形分布，每根导片相当于电机的一个极，相邻导片间距为一个极距。定子绕组为扇形分段排布，极距与转子的相同。直线式感应同步器与圆盘式结构相似。不同的是它由定尺与滑尺组成，绕组为等距排列。

感应同步器工作原理与旋转变压器的工作原理相同。圆盘式感应同步器的转子共有 N 个导片。当转子转过角度θ时，定子绕组A和B分别感应输出电势。 式中Em为定子绕组感应电势最大值，ω为激磁电源角频率。其最高精度与绕组的极对数有关。感应同步器的转子转角变化360°/N 时定子的频率变化1赫,因此精度大为提高,最高精度可达0.1″。直线式感应同步器的滑尺移动距离为x时，滑尺绕组中分别感应输出电势 　

        当极距τ＝1毫米时,测量精度为±25微米。感应同步器有鉴幅型和鉴相型两种工作方式。 　　

把转角或直线位移转换成电信号的电感式高精度传感元件。又称感应整步机。它与多极旋转变压器相似，借助于定、动片上绕组之间的电磁耦合，使输出电压随定、动片相对位移呈正(余)弦函数规律变化。感应同步器的极对数比多极旋转变压器多得多。感应同步器按作用分圆盘式(又称旋转式)(图1) 和直线式（图2）两种。 　　

        感应同步器通常做成分装式，主要由定片和动片组成。分别对应为电机中的定子和转子，在直线式中称为定尺和滑尺。定片和动片都是在基板上采用印制电路或其他工艺把铜箔制成印制绕组，其一根导体代表一个极，从而构成了多极形式。工作时定片和动片之间保持均匀气隙。 　　

       感应同步器动片为连续绕组，定片为两相分段绕组。圆盘式感应同步器转子连续绕组以交流电压U励磁,定子两相绕组输出为式中K 为电压耦合系数;N 为极数,即转子连续绕组导体数；θ为转子转角。直线式感应同步器定尺上两相绕组分别以交流电压UΑ和UB励磁，动尺上连续绕组输出电压为式中τ为极距，即定子两相绕组相邻有效导体中心线之间的距离；χ为滑尺直线位移量。

 感应同步器在工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势。该电动势随定尺和滑尺（对长感应同步器而言）的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。　    

通过对正弦、余弦函数变化的感应电动势信号的检测处理，便可测量出直线位移量（对长感应同步器而言）。 

（1）精度高。定尺的节距误差有平均自补偿作用。

（2）测量长度不受限制。感应同步器可以采用多块定尺接长，增大测量尺寸。

（3）工作可靠、抗干扰性强。

（4）维护简单、寿命长。

（5）抗扰能力强、工艺性好、成本较低，便于复制和成批生产。

（6）输出信号较微弱，需要放大倍数较高的前置放大器。^[1]

        感应同步器输出电信号很微弱,需配以变换电路,将输出电信号进行处理,以便于准确测量位移大小,基本运行方式有以下4种：①单相励磁,两相输出，采用鉴相方式，精确反映位移信号；②单相励磁,两相输出,采用鉴幅方式，较精确反映位移信号；③两相励磁，单相输出，采用鉴相方式,精确反映位移信号；④两相励磁,单相输出，采用鉴幅方式，较精确反映位移信号。 　　

        基于多极元件对信号偏差的补偿原理，因感应同步器极对数很多，所以其精度很高。由于其结构简单，工作可靠，性能稳定，已广泛用于机床、航天测试技术等设备和装置中，用来构成角度或位移的精密测量、定位和随动系统，其精度可高达1角秒或1微米以下。 　　

        利用电磁感应原理将两个平面型绕组之间的相对位移转换成电信号的测量元件,用于长度测量工具。感应同步器分为直线式和旋转式两类。前者由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量；后者由定子和转子组成，用于角位移测量。1957年美国的R.W.特利普等在美国取得感应同步器的专利，原名是位置测量变压器，感应同步器是它的商品名称，初期用于雷达天线的定位和自动跟踪、导弹的导向等。在机械制造中，感应同步器常用于数字控制机床、加工中心等的定位反馈系统中和坐标测量机、镗床等的测量数字显示系统中。它对环境条件要求较低，能在有少量粉尘、油雾的环境下正常工作。 　　

        定尺上的连续绕组的周期为2毫米。滑尺上有两个绕组，其周期与定尺上的相同，但相互错开1/4周期 (电相位差90°)。感应同步器的工作方式有鉴相型和鉴幅型的两种。前者是把两个相位差90°、频率和幅值相同的交流电压U1 和U2分别输入滑尺上的两个绕组，按照电磁感应原理，定尺上的绕组会产生感应电势U。如滑尺相对定尺移动，则U的相位相应变化，经放大后与 U1和U2比相、细分、计数，即可得出滑尺的位移量。在鉴幅型中，输入滑尺绕组的是频率、相位相同而幅值不同的交流电压，根据输入和输出电压的幅值变化，也可得出滑尺的位移量。由感应同步器和放大、整形、比相、细分、计数、显示等电子部分组成的系统称为感应同步器测量系统。它的测长精确度可达3微米/1000毫米，测角精度可达1″/360°。          一、感应同步器测长的概述 　    直线式感应同步器是用电电磁感应原理把直线位移准确地转换成电信号的一种位移传感器，由定尺和滑尺组成。         感应同步器对环境要求低，工作可靠，抗干扰能力强，具有一定的精度，维护简单，寿命较长，广泛应用于大位移静态和动态测量中。例如三坐标测量机、数控机床中。

        具有较高精度和分辨力：长（250mm）：精度±1.5mm，分辨力0.05 mm； 　　

        抗干扰能力强； 　　

        使用寿命长，维护简单；（定、滑尺不接触） 　　

        可作长距离位移测量；（可拼接，精度仍保持原单个定尺的精度） 　　

        工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。

　     感应同步器已被广泛应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床及高精度重型机床及加工中心测量装置等。        

感应同步器利用电磁耦合原理实现位移检测具有明显的优势：可靠性高，抗干扰能力强，对工作环境要求低，在没有恒温控制和环境不好的条件下能正常工作，适应于工业现场的恶劣环境；光栅传感器是依靠光电学机理实现位移量检测，其分辨率高，测量精确，安装使用方便。封闭式的光栅传感器对工作环境适应性强、光栅传感器性能价格比的提高和技术复杂性的降低使其在测长方面有比感应同步器更普遍的应用。