数控原理与系统之位置检测装置

第六章位置检测装置第一节概述第二节光电编码器第三节光栅第四节感应同步器

第一节概述一、位置检测装置的作用与要求

位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床对位置检测装置的要求如下：

（1）

工作可靠，抗干扰能力强；（2）

满足精度和速度的要求；（3）易于安装，维护方便，成本低。

第一节概述二、位置检测装置的分类

位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法：

（一）

绝对式测量和增量式测量

1.增量式测量

在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。

第一节概述

2.绝对式测量

绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就愈复杂。

（二）数字式测量和模拟式测量

1.

数字式测量

它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。

第一节概述

2.

模拟量测量

它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。

（三）直接测量和间接测量

1.

直接测量

直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。

第一节概述

2.

间接测量

它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。表6-1常用位置检测装置

数字式模拟式旋转式圆光栅、光电编码器旋转(多极)变压器、圆型感应同步器直线式直线光栅、编码尺直线型感应同步器、磁栅、绝对式磁尺

第二节光电编码器

光电编码器也称脉冲编码器，是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。

一、增量式脉冲编码器

增量式脉冲编码器分光电式、接触式和电磁感应式三种。就精度和可靠性来讲，光电式脉冲编码器优于其它两种，它的型号是用脉冲数/转（p/r）来区分，数控机床常用2000、2500、3000p/r等，现在已有每转发10万个脉冲的脉冲编码器。脉冲编码器除用于角度检测外，还可以用于速度检测。

第二节光电编码器

光电式脉冲编码器通常与电机做在一起，或者安装在电机非轴伸端，电动机可直接与滚珠丝杠相连，或通过减速比为i的减速齿轮，然后与滚珠丝杠相连，那么每一个脉冲对应机床工作台移动的距离可用下式计算：式中—脉冲当量（mm/脉冲）；S—滚珠丝杠的导程（mm）；i—减速齿轮的减速比；M—脉冲编码器每转的脉冲数（p/r）。

第二节光电编码器

光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图6-1）。光电盘是用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与工作轴连在一起，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。

第二节光电编码器图6-1光电式脉冲编码器结构示意图第二节光电电编码器为了判断旋转转方向，圆盘盘的两个窄缝缝距离彼此错错开1/4节节距，使两个个光电元件输输出信号相位位差900。如图6-2所示，A、B信号为具有900相位差的正弦弦波，经放大大和整形变为为方波A1、B1。设A相比B相超前时为正正方向旋转，，则B相超前A相就是负方向向旋转，利用用A相与B相的相位关系系可以判别旋旋转方向。此此外，在光电电盘的里圈不不透光圆环上上还刻有一条条透光条纹，，用以产生每每转一个的零零位脉冲信号号，它使轴旋旋转一周在固固定位置上产产生一个脉冲冲。第二节光电电编码器电流AB节距ωtA1B1900图6-2脉冲编码器输出波形第二节光电电编码器

在数控机床上，光电脉冲编码器作为位置检测装置，用在数字比较伺服系统中，将位置检测信号反馈给CNC装置。

图6-3所示为辨向环节框图和波形图。脉冲编码器输出的交变信号经过差分驱动和差分接收进入CNC装置，再经过整形放大电路变成二个方波系列。将和它的反向信号微分（上升沿微分）后得到和脉冲系列，作为加、减计数脉冲。路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号，正走时（A超前B），由Y2门输出加计数脉冲，此时Y1门输出为低电平（图6-3）；反走时（B超前A），由Y1门输出减计数脉冲，此时Y2门输出为低电平。这种读数方式每次反映的都是相对于上一次读数的增量，而不能反映转轴在空间的绝对位置，所以是增量读数法。第二节光电电编码器光电脉冲编码码器用于数字字脉冲比较伺伺服系统(图6-4)的工作原理如如下：光电脉脉冲编码器与与伺服电机的的转轴连接，，随着电机的转动产产生脉冲序列列，其脉冲的的频率将随着着转速的快慢慢而升降。若工作台台静止，指令令脉冲和反馈馈脉冲都为零零，两路脉冲冲送入数字脉冲比较较器中进行比比较，结果输输出也为零。。因伺服电机机的速度给定为零，，工作台依然然不动。随着着指令脉冲的的输出，指令令脉冲不为零，在工工作台尚未移移动之前，反反馈脉冲仍为为零，比较器器输出指令信号与反反馈信号的差差值，经放大大后，驱动电电机带动工作作台移动。电机运转转后，光电脉脉冲编码器将将输出反馈脉脉冲送入比较较器，与指令脉冲进进行比较，如如果偏差不为为零，工作台台继续移动，，不断反馈，直到偏偏差为零，即即反馈脉冲数数等于指令脉脉冲数时，工工作台停在指令规定定的位置上。。第二节光电电编码器差分整形放大Y1微分差分整形放大Y21微分减计数加计数abcde图6-3辨向环节框图和波形图第二节光电电编码器图6-3辨向环节框图和波形图第二节光电电编码器图6-4数字比较伺服系统第二节光电电编码器二、绝对式编编码器绝对式编码器器是一种旋转转式检测装置置，可直接把把被测转角用用数字代码表表示出来，且且每一个角度度位置均有其其对应的测量量代码，它能能表示绝对位位置，没有累累积误差，电电源切除后，，位置信息不不丢失，仍能能读出转动角角度。绝对式式编码器有光光电式、接触触式和电磁式式三种，以接接触式四位绝绝对编码器为为例来说明其其工作原理。。第二节光电电编码器图6-5四位二进制编编码盘a)b)第二节光电电编码器如图6-5a所示为二进制制码盘。它在在一个不导电电基体上作成许多金属属区使其导电电，其中有剖剖面线部分为为导电区，用用“1”表示；其它部分分为绝缘区，，用“0”表表示。每一径径向，由若干干同心圆组成成的图案代表了了某一绝对计计数值，通常常，我们把组组成编码的各各圈称为码道，码盘最最里圈是公用用的，它和各各码道所有导导电部分连在在一起，经电刷和电阻阻接电源负极极。在接触式式码盘的每个个码道上都装装有电刷，电刷经电阻接接到电源正极极（图6-5b）。当检测对象带带动码盘一起起转动时，电刷和和码盘的相对对位置发生变变化，与电刷刷串联的电阻阻将会出现有电流通过过或没有电流流通过两种情情况。若回路路中的电阻上上有电流通过，为“1”；反之，，电刷接触的的是绝缘区，，电阻上无电电流通过，为为“0”。如果果码盘顺时针针转动，就可可依次得到按按规定编码的的数字信号输输出，图示为4位二进制码码盘，根据电电刷位置得到到由“1”和和“0”组成成的二进制码，输出出为0000、0001、0010……1111。第二节光电电编码器由图6-5可以看出，码码道的圈数就就是二进制的的位数，且高高位在内，低低位在外。其其分辨角θ＝360o/24=22.5o，若是n位二进制码盘盘，就有n圈码道，分辨辨角θ＝360o/2n，码盘位数越大大，所能分辨辨的角度越小小，测量精度度越高。若要要提高分辨力力，就必须增增多码道，即即二进制位数数增多。目前前接触式码盘盘一般可以做做到9位二进进制，光电式式码盘可以做做到18位二二进制。用二进制代码码做的码盘，，如果电刷安安装不准，会会使得个别电电刷错位，而而出现很大的的数值误差。。如图6-5a，当电刷由位置置0111向向1000过过渡时，可能能会出现从8（1000）到15（（1111））之间的读数数误差，一般般称这种误差差为非单值性性误差。为消消除这种误差差，可采用葛葛莱码(格雷雷码)盘。第二节光电电编码器图6-6a葛莱码盘

b四位二进制码盘非单值性误差第二节光电电编码器图6-6为葛莱码盘，，其各码道的的数码不同时时改变，任何何两个相邻数数码间只有一一位是变化的的，每次只切切换一位数，，把误差控制制在最小范围围内。二进制制码转换成葛葛莱码的法则则是：将二进进制码右移一一位并舍去末末位的数码，，再与二进制制数码作不进进位加法，结结果即为葛莱莱码。例如:二进制制码1101对应的葛莱莱码为1011，其演算算过程如下：：1101（（二进制码））1101（不不进位相加，，舍去末位））1011（（葛莱码）第二节光电电编码器码盘分辨率与码道的圈数n有关，即：

显然，码道的数目越多，分辨率也越高（可分辨的角度越小）。示例（P113例）编码器在数控机床中的应用（自学P114）第三节光栅栅一、光栅的种种类光栅种类较多多。按用途分为物物理光栅和计计量光栅，物理光栅通通常用于光谱谱分析和光波波波长测定；；根据光线在光光栅中是透射射还是反射分分为透射光栅栅和反射光栅栅，透射光栅分分辨率较反射射光栅高，其其检测精度可可达1μm以上；从形状上看，，又可分为圆圆光栅和直线线光栅，圆光栅用于于测量转角位位移，直线光光栅用于检测测直线位移。。两者工作原原理基本相似似。本节着重介绍绍一种应用比比较广泛的透透射式直线光光栅。直线光栅通常常包括一长和和一短两块配配套使用，其其中长的称为为标尺光栅或或长光栅，一一般固定在机机床移动部件件上，要求与与行程等长。。短的为指示示光栅或短光光栅，装在机机床固定部件件上。两光栅栅尺是刻有均均匀密集线纹纹的透明玻璃璃片，线纹密密度为25、、50、100、250条/mm等。线纹之间间距离相等，，该间距称为为栅距，测量量时它们相互互平行放置，，并保持0.05~0.1mm的间隙。第三节光栅栅二、工作原理

当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹具有如下特点：

1.放大作用用B（mm）表示莫尔(黑白)条纹的间距，W(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之间的夹角，如图6--7所示则有

莫尔条纹间距B与角成反比，越小，B及放大倍数越大。第三节光栅栅BθW标尺光栅图6-7莫尔条纹Wθ指示光栅第三节光栅栅图6-7莫尔条纹B标尺光栅第三节光栅栅第三节光栅栅2.均化误差作用用莫尔条纹是由由光栅的大量量刻线共同组组成，例如，，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由由2000条条线纹组成，，这样栅距之之间的固有相相邻误差就被被平均化了，，消除了栅距距之间不均匀匀造成的误差差。3.莫尔条纹的移移动与栅距的的移动成比例例当光栅尺移动动一个栅距W时，莫尔条纹纹也刚好移动动了一个条纹纹宽度B。只要通过光电电元件测出莫莫尔条纹的数数目，就可知知道光栅移动动了多少个栅栅距，工作台台移动的距离离可以计算出出来。若光栅栅移动方向相相反，则莫尔尔条纹移动方方向也相反（（见图6-7）。三、光栅的辨辨向与信号处处理(应用)若标尺光栅不不动，将指示示光栅转一很很小的角度，，两者移动方向及光栅夹夹角关系如表表6-1所示示。因莫尔条条纹移动方向向与光栅移动方向垂直，，可用检测垂垂直方向宽大大的莫尔条纹纹代替光栅水水平方向移动的微小距距离。表6-1莫尔尔条纹移动方方向与光栅移移动方向及光光栅夹角的关关系第三节光栅栅第三节光栅栅图6-8光光栅测量系统统1、光栅测量系统统如图6-8所所示，由光源源、聚光镜、、光栅尺、光光电元件和驱驱动线路组成成。第三节光栅栅读数头光源采采用普通的灯灯泡，发出辐辐射光线，经过聚光镜后后变为平行光光束，照射光光栅尺。光电电元件（常使用硅光光电池）接受受透过光栅尺尺光强信号，，并将其转换成相应的的电压信号。。由于此信号号比较微弱，，在长距离传递时，很很容易被各种种干扰信号淹淹没，造成传传递失真，驱动线路的作作用就是将电电压信号进行行电压和功率率放大。除标尺光栅固固定在机床上上外，光源、、聚光镜、指指示光栅、光光电元件和驱驱动线路均装装在一个壳体体内，作成一一个单独部件件与工作台一一起移动，这这个部件称为为光栅读数头头，又叫光电电转换器，其其作用把光栅栅莫尔条纹的的光信号变成成电信号。第三节光栅栅2、光栅位移－数数字转换系统统当光栅移动一一个栅距，莫莫尔条纹便移移动一个条纹纹宽度，假定我我们开辟一个个小窗口来观观察莫尔条纹纹的变化情况，就会发发现它在移动动一个栅距期期间明暗变化化了一个周期，理论上上光栅亮度变变化是一个三三角波形，但但由于漏光和不能达到到最大亮度，，被削顶削底底后而近似一一个正弦波（见图6-9）。硅光电池池将近似正弦弦波的光强信信号变为同频率的电电压信号（见见图6-10），经光栅位位移—数字变换电路放大大、整形、微微分输出脉冲冲。每产生一一个脉冲，就代表移动了了一个栅距那那么大的位移移，通过对脉脉冲计数便可得到工作作台的移动距距离。第三节光栅栅亮度电压光栅位移O光栅位移O图6-9光栅的实际亮度变化图6-10光栅的输出波形图第三节光栅栅采用一个光电电元件即只开开一个窗口观观察，只能计计数，却无法法判断移动方方向。因为无无论莫尔条纹纹上移或下移移，从一固定定位置看其明明暗变化是相相同的。为了了确定运动方方向，至少要要放置两个光光电元件，两两者相距1/4莫尔条纹纹宽度。当光光栅移动时，，莫尔条纹通通过两个光电电元件的时间间不同，所以以两个光电元元件所获得的的电信号虽然然波形相同，，但相位相差差90o。根据两光电元元件输出信号号的超前和滞滞后，可以确确定标尺光栅栅移动方向。。增加线纹密度度，能提高光光栅检测装置置的精度，但但制造较困难难，成本高。。在实际应用用中，既要提提高测量精度度，同时又能能达到自动辨辨向的目的，，通常采用倍倍频或细分的的方法来提高高光栅的分辨辨精度，如果果在莫尔条纹纹的宽度内，，放置四个光光电元件，每每隔1/4光光栅栅距产生生一个脉冲，，一个脉冲代代表移动了1/4栅距那那么大位移，，分辨精度可可提高四倍，，这就是四倍倍频方案。第三节光栅栅图6-11a中的P1、P2、P3、P4是四块硅光电电池，产生的的信号相位彼此此相差90o。P1、P3信号是相位差差180o的两个信号，，接差动放大器放放大，得正弦弦信号。同理理，P2、P4信号送另一个个差动放大器，得到余余弦信号。正正弦和余弦信信号经整形变变成方波A和B，为使每隔1/4节距都有脉脉冲，把A、B各自反向一次次得C、D信号，A、B、C、D信号再经微分分变成窄脉冲冲A′、B′、、C′、D′′，即在正走或反走时每每个方波的上上升沿产生窄窄脉冲，由与与门电路把0o、90o、180o、270o四个位置上产产生的窄脉冲冲组合起来，，根据不同的的移动方向形成正向或或反向脉冲。。正向运动时时，用与门Y1~Y4及或门H1，得到A′B+AD′+C′D+B′C的四个输出脉脉冲；反向运运动时，用与与门Y5~Y8及或门H2，得到BC′+CD′+A′D+AB′的四个输出脉脉冲，其波形见图6-11b。第三节光栅栅Y6微分微分微分整形P1P2P4P3

差动放大器

差动放大器整形反相反相Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y8微分

B

A

D

Ca)电路原理图图6-11四倍频辨向电路第三节光栅栅sincosAB

CDA′B′C′D′

正向相加A′B+AD′+C′D+B′C

反向相加BC′+CD′+A′D+AB′图6-11四倍频辨向电路

b)波形图(正向叠加)

正反第三三节节光光栅栅若光光栅栅栅栅距距0.01mm,采用用四四倍倍频频辨辨向向电电路路，，则则工工作作台每每移移动动0.0025mm，，就会会送送出出一一个个脉脉冲冲，，即即分分辨辨率率为为0.0025mm。。由此此可可见见，，光光栅栅检检测测系系统统的的分分辨辨力力不不仅仅取取决于于光光栅栅尺尺的的栅栅距距，，还还取取决决于于鉴鉴向向倍倍频频的的倍倍数数。。除除四四倍倍频以以外外，，还还有有十十倍倍频频、、二二十十倍倍频频(电电路路)等等。。3、、光栅栅的的分分辨辨率率分辨辨率率=W/n式中中：：W为栅栅距距，，n为电电路路鉴鉴向向细细分分的的倍倍数数第三三节节光光栅栅四、、光光栅栅的的特特点点1、、检检测测精精度度高高；；2、、响响应应速速度度快快；；3、、环环境境要要求求高高；；4、、安安装装、、维维护护较较难难，，成成本本较较高高。。五、、光光栅栅的的应应用用（P119））第四四节节感感应应同同步步器器一、、结结构构与与工工作作原原理理感应应同同步步器器为电电磁磁式式检检测测装装置置，，属属模模拟拟式式测测量量，其其输输出出电电压压随随被被测测直直线线位位移移或或角角位位移移而而改改变变。。感应应同同步步器器按其其结结构构特特点点一一般般分分为为直线线式式和和旋旋转转式式两两种种：直线线式式感感应应同同步步器器由定定尺尺和和滑滑尺尺组组成成，，用用于于直直线线位位移移测测量量。。旋转转式式感感应应同同步步器器由转转子子和和定定子子组组成成，，用用于于角角位位移移测测量量。。本节节以以直直线线式式感感应应同同步步器器为为例例,介介绍绍其其结构构和工作作原原理理第四四节节感感应应同同步步器器直线线感感应应同同步步器器其其结结构构如如图图6-12所所示示，，定定尺尺和和滑滑尺尺的的基基板板采采用用与与机机床床热热膨膨胀胀系系数数相相近近的的钢钢板板制制成成，，钢钢板板上上用用绝绝缘缘粘粘结结剂剂贴贴有有铜铜箔箔，，并并利利用用腐腐蚀蚀的的办办法法做做成成图图示示的的印印刷刷绕绕组组。。长长尺尺叫叫定定尺尺，，安安装装在在机机床床床床身身上上，，短短尺尺为为滑滑尺尺，，安安装装于于移移动动部部件件上上，，两两者者平平行行放放置置，，保保持持0.25~0.05mm间隙隙。。感应应同同步步器器两两个个单单元元绕绕组组之之间间的的距距离离为为节节距距，，滑滑尺尺和和定定尺尺的的节节距距均均为为2，，这这是是衡衡量量感感应应同同步步器器精精度度的的主主要要参参数数。。标标准准感感应应同同步步器器定定尺尺长长250mm，，滑尺尺长长100mm，，节距距为为2mm。。定尺尺上上是是单单向向、、均均匀匀、、连连续续的的感感应应绕绕组组，，滑滑尺尺有有两两组组绕绕组组，，一一组组为为正正弦弦绕绕组组，，另另一一为为余余弦弦绕绕组组。。当当正正弦弦绕绕组组与与定定尺尺绕绕组组对对齐齐时时，，余余弦弦绕绕组组与与定定尺尺绕绕组组相相差差1/4节节距距。。第四四节节感感应应同同步步器器

V2定尺

滑尺

正弦绕组VsVc

余弦绕组

图6-12直线感应同步器结构

2

3/4第四四节节感感应应同同步步器器当滑滑尺尺任任意意一一绕绕组组加加交交流流激激磁磁电电压压时时，，由由于于电电磁磁感应应作作用用，，在在定定尺尺绕绕组组中中必必然然产产生生感感应应电电压压，，该该感感应应电电压压取取决决于滑滑尺尺和和定定尺尺的的相相对对位位置置。。当当只只给给滑滑尺尺上上正正弦弦绕绕组组加加励励磁磁电电压压时时，，定尺尺感感应应电电压压与与定定、、滑滑尺尺的的相相对对位位置置关关系系如如图6-13所示示.如如果果滑滑尺尺处于于A位置置，，即即滑滑尺尺绕绕组组与与定定尺尺绕绕组组完完全全对对应应重重合合，，定定尺尺绕绕组组线线圈圈中穿穿入入的的磁磁通通最最多多，，则则定定尺尺上上的的感感应应电电压压最最大大。。随随着着滑滑尺尺相相对对定定尺做做平平行行移移动动，，穿穿入入定定尺尺的的磁磁通通逐逐渐渐减减少少，，感感应应电电压压逐逐渐渐减减小小。。当滑滑尺尺移移到到图图中中B点位位置置，，与与定定尺尺绕绕组组刚刚好好错错开开1/4节节距距时时，，感感应应电压压为为零零。。再再移移动动至至1/2节节距距处处，，即即图图中中C点位位置置时时，，定定尺尺线线圈圈中中穿出出的的磁磁通通最最多多，，感感应应电电压压最最大大，，但但极极性性相相反反。。再再移移至至3/4节节距距，，即图图中中D点位位置置时时，，感感应应电电压压又又变变为为零零，，当当移移动动一一个个节节距距位位置置如如图图中E点，，又又恢恢复复到到初初始始状状态态，，与与A点相相同同。。第四四节节感感应应同同步步器器显然然，，在在定定尺尺移移动动一一个个节节距距的的过过程程中中，，感感应应电电压压近似似于于余余弦弦函函数数变变化化了了一一个个周周期期，，如如图图6-13中中ABCDE。。图6-13感感应应电电压压幅幅值值与与定定尺尺滑滑尺尺相相对对位位置置关关系系第四四节节感感应应同同步步器器感应应电电压压的的幅幅值值变变化化规规律律就就是是一一个个周周期期性性的的余余弦弦曲曲线线。。在在一一个周周期期内内，，感感应应电电压压的的某某一一幅幅值值对对应应两两个个位位移移点点，，如如图图6-13中中M、、N两点点。。为确确定定唯唯一一位位移移，，在在滑滑尺尺上上与与正正弦弦绕绕组组错错开开1/4节节距距处处，，配配置了余弦绕组组。同样，若若在滑尺的余余弦绕组中通通以交流励磁磁电压，也能得出定尺尺绕组感应电电压与两尺相相对位移的关关系曲线，它它们之间为正弦函数数关系(图6-13中OP)。若滑尺上的正正、余弦绕组组同时励磁，就可以以分辨出感应应电压值所对对应的唯一确确定的位移。。第四节感应应同步器二、感应同步器的应用感应同步器作为位置测量装置安装在数控机床上，它也有两种工作方式：鉴相式和鉴幅式。

1.鉴相型系统供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同，相位相差900的交流励磁电压

根据叠加原理，定尺上的总感应电压为

第四节感应应同步器式中K—耦合系数(比例常数)；

—励磁电压的幅值；

ω—励磁电压的角频率；

—与位移对应的角度。若设定尺绕组节距为2，它对应的感应电压以正弦函数变化了，当滑尺移动距离为时，则对应感应电压以正弦函数变化相位角。由比例关系

可得

第四节感应应同步器通过鉴别定尺尺感应输出电电压的相位，，即可测量定定尺和滑尺之间的相相对位移。例例如定尺感应应输出电压与与滑尺励磁电电压之间的相位差差为3.60，当节距=2mm的情况下，表表明滑尺移动动了0.02mm。鉴相式伺服系系统利用相位比较较原理进行工工作,如图6-14。基准信号发生生器输出一系系列一定频率率的基准脉冲冲信号（载波波信号），为为伺服系统提提供一个相位位比较基准。。脉冲调相器的的作用是将来来自数控装置置的进给脉冲冲信号转换为为相位变化的的信号，图6-15为为其原理组成成框图。在脉脉冲调相器中中，由基准信信号发生器产产生的基准脉脉冲信号分成成两路，一路路直接输入分分频器1，它它为1/N分频的二进制制计数器，称称为基准分频频通道。指令相位第四节感应应同步器基准相位放大整形滤波基准信号发生器脉冲调相器鉴相器放大器激磁供电线路伺服电机速度控制单元滑尺定尺机床VsVc+x-x图6-14感应同步器鉴相测量系统框图θ0θ1第四节感应应同步器

分配器1（1/N）（基准分频通道）

分配器2（1/N）（调相分频通道）脉冲加减器基准信号发生器励磁信号

指令信号+x-x图6-15脉冲调相器系统框图第四节感应应同步器为适应感应同同步器滑尺的的两励磁绕组组供电的要求求，该通道输出两两路幅值相等等、频率相同同、相位相差差900的脉冲信号，，经激磁供电线线路变成正、、余弦信号给给滑尺正弦、、余弦绕组励励磁。另一路先经过过脉冲加减器器，再进入分分频器2，该该分频器也为为1/N分频二进制计数数器，称为调调相分频通道道。调相分频频通道的任务务是将指令脉冲信号号调制成与基基准脉冲有一一定关系的输输出脉冲信号号，其相位差大小和和极性与指令令脉冲有关。。上述两个分分频器均为1/N分频，即当输入入N个计数脉冲后后产生一个溢溢出脉冲。当指令脉冲为为零时，调相相分频通道输输出信号和基基准脉冲信号号相位相同，两两者相位差为为零。第四节感应应同步器当有一正向指指令脉冲通过过脉冲加减器器，使得输入入到调相分频通道的脉脉冲个数增加加一个，结果果该分频器产产生溢出脉冲冲的时刻提前产生。。因此，在指指令脉冲作用用下，调相分分频通道输出出脉冲与基准脉冲有有一个相位差差Δθ1，且Δθ1＝θ1－θ0，θ0为基准信号发生器的的基准相位；；θ1为指令信号相相位；θ1的大小取决于于指令脉冲数，，其随时间变变化的快慢取取决于指令脉脉冲频率，而而其相对于θ0的超前与滞后后，则取决于于指令脉冲进进给方向。如果感应同步步器的节距为为2mm，脉冲当量选定定为δ=0.001mm，一个脉冲对应应的相移角Δθ1为:第四节感应应同步器数控装置每发发一个进给脉脉冲，经脉冲冲调相器变为为超前基准信号一个个0.180相移角的信号号，即Δθ1=θ1-θ0=0.180。此时因工作台台未动，反馈馈信号相对于于基准信号的的相位差Δθ2=θ2-θ0=0（θ2为定尺绕组上上作为反馈信信号所取的感感应电压U2的相位）。鉴相器将δ＝Δθ1－Δθ2=0.180的相位差检测测出来，经放放大后控制伺服电电动机带动工工作台移动。。随着工作台台的移