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1、第4章 数控机床位置检测装置,回忆下什么是开环，闭环，半闭环控制系统？,先来认识一下位置检测元件！,第4章 数控机床的驱动与位置控制,4.1.位置检测装置的要求和分类,数控机床对检测装置的主要要求有： (1)工作可靠，抗干扰性能强； (2)使用维护方便，适应机床的工作环境； (3)满足数控机床精度和速度的要求； (4)易于实现高速的动态测量和处理，易于实现自动化； (5)成本低，寿命长。,常用位置检测装置分类,下一页,4.2 编码器和编码盘,第四章 数控检测装置,脉冲编码器的分类,返回,光电编码器 构成：光源、指示光栅、圆光栅、光电元件。,返回,下一页,上一页,图4-1 增量式光电脉冲编码器结

2、构原理,工作原理,光线透过圆光栅和指示光栅的线纹，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，产生两组近似于正弦波的电流信号A与B，两者的相位相差90，经放大、整形电路变成方波，见图4-2。若A相超前于B相，对应电动机作正向旋转；若B相超前于A相，对应电动机作反相旋转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。 Z相是一转脉冲，它是用来产生机床的基准点的。 图4-3(a)为光电脉冲编码器的信号处理线路图。其中施密特触发器作为放大整形用。它将相差90的二组正弦波电流信号A与B，放大整形为方波。如图4-3(b)右所示，若A相超B相90，则输出正转脉冲列G；若A相落后B相

3、90，如图4-3(b)左，则输出反转脉冲列F。,图4-2 脉冲编码器的输出波形,图4-3 信号处理线路和光电输出波形图,转速测量,M法转速：检测技术中已经讲过简述为：在固定的时间内测转动的圈数，是测量单位时间内的脉数换算成频率： N1t时间内测得脉冲个数 N编码器每转脉冲数 t测速采样时间,T法转速：检测技术中已经讲过简述为：一个是测转一圈用多少时间，是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。 N2编码器在一个脉冲间隔内标准时钟脉冲输出个数 N编码器每转脉冲数 T标准时钟周期,第四章 数控检测装置,4.2脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,下一页,上一页,返回,第四章 数控检测装置,码盘上有

4、许多同心圆环，称为码道，整个圆盘又分为若干个等分的扇形区段，每一相同的扇形区段的码道组成一个数码，着色的码道为“1”，未着色的码道为“0”，内环码道为数码的高位。,A图为二进制数码，B图为葛莱(格雷)循环码,在圆盘的同一半径方向的每个码道处，如图的圆点所示，安装一个光电元件，光源装在圆盘的另一侧，码盘转动，每一扇形区段愉的光信号通过光电元件转换成数码脉冲信号。,4.2绝对式脉冲编码盘,下一页,上一页,返回,第四章 数控检测装置,绝对式脉冲编码盘,下一页,上一页,返回,第四章 数控检测装置,纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多 位二进制码不同，当数码切换时有多个数位要进行切 换，增大了

5、误读的机率。,葛莱码相邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此 两数切换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。,两种编码的可靠性的比较:,返回,下一页,上一页,4.2、接触式编码器 是一种绝对值式的检测装置，可直接把被测转角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有唯一对应的代码。,涂黑部分表示导电，其余部分是绝缘的。编码盘的外四圈按导电为“”、绝缘为“”组成二进制码。通常，我们把组成编码的各圈称为码道。,码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。位数越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。,码盘制作和电刷安装精度不够将给测量造成很大的误差。如右图所示。 一般称这种误差为“非单值性误差”。

6、消除“非单值性误差”有两种方法。一种方法是采用双电刷。,4-2 编码器,另一种方法是采用循环码，即格雷码。循环码是无权码，其特点为相邻两个代码间只有一位数变化。因此，由于电刷安装不准而产生的误差最多不超过“1”。这样，误差就大大减小了。,4-2 编码器,第四章 数控检测装置,脉冲编码器,多圈式绝对编码器，综合了各种编码器的长处。其内部结构 如图所式。,多圈式脉冲编码盘,4.3 光栅 测量装置,原理：光栅是利用光的透射、衍射现象形成莫尔条纹而制成的光电检测装置。 类型：常见的有长光栅和圆光栅两大类，分别用于直线位移和转角位移测量。 光栅的检测精度较高，一般可达1m以上。光栅测量是一种非接触式测量

7、。 4.3.1 光栅的构造 光栅由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部件(如工作台或丝杠)上，光栅读数头安装在机床的固定部件(如机床底座)上，两者由于工作台的移动而相对移动。,(1) 光栅尺,组成：标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，是由真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属镜面。 栅距：对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。一般线纹密度为每毫米25、50、100、125、250条 栅距角：对于圆光栅，这些线纹是圆心角相等的向心条纹。如果直径为70mm，一周内的刻线100768条；如果直径为110mm，一周内的刻线6001024条。 对

8、于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。,1.长光栅检测装置的结构 标尺光栅或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两者相互平行，它们之间保持0.05mm或0.1mm的间隙。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.050.1mm的间隙。,长光栅检测装置的结构,图4.4 光栅的结构 1-防护垫 2-光栅读数头 3-标尺光栅 4-防护罩,图4.5 光栅读数头 1-光源 2-准直镜 3-指示光栅 4-光敏元件 5-

9、驱动线路,23,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。,工作原理,莫尔条纹具有如下特点： （1）. 放大作用 用W（mm）表示莫尔条纹的宽度，P(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之间的夹角，如图5-18所示则有,(5-8),由此可见，莫尔条纹的节距是光栅栅距的1/倍。因为很小，所以WP，即莫尔条纹具有放大作用。莫尔条纹宽度W与角成反比，角越小，放大

10、倍数越大。若设P=0.01mm，=0.01rad，可得W=1mm，从而把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。,标尺光栅,W,指示光栅（斜）,P,莫尔条纹具有如下特点：,（2）. 均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成，例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不均匀造成的误差。,标尺光栅,W,指示光栅（斜）,P,（3）. 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例 当光栅尺移动一个栅距P时，莫尔条纹也刚好移动了一个条纹宽度W。只要通过光电元件测出莫尔条纹的数目，就可知道光栅移动了多少个栅距，工作台移动的距

11、离可以计算出来。若光栅移动方向相反，则莫尔条纹移动方向也相反。,标尺光栅,W,指示光栅（斜）,P,标尺方向,指示尺转角方向,莫尔条纹方向,标尺方向,指示尺转角方向,莫尔条纹方向,莫尔条纹具有如下特点：,（4）光强分布规律。 当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫尔条纹。由亮纹到暗纹，再由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数。,标尺光栅,W,指示光栅（斜）,P,光栅测量系统,光栅测量系统如图所示，由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动线路组成。读数头光源采用普通的灯泡，发出辐射光线，经过聚光镜后变为平行光束，照射光栅尺。光电元件（常使用硅光电池）接受透过光栅尺光强信号，并将其转换成相应的电压

12、信号。由于此信号比较微弱，在长距离传递时，很容易被各种干扰信号淹没，造成传递失真，驱动线路的作用就是将电压信号进行电压和功率放大。,除标尺光栅与工作台一起移动外，光源、聚光镜、指示光栅、光电元件和驱动线路均装在一个壳体内，作成一个单独部件固定在机床上，这个部件称为光栅读数头，又叫光电转换器，其作用把光栅莫尔条纹的光信号变成电信号。,光栅测量系统由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和一系列信号处理线路组成。除标尺光栅与工作台一起移动外，光源、聚光镜、指示光栅、光电元件和驱动线路均装在一个壳体内，作成一个单独部件固定在机床上，这个部件称为光栅读数头，又叫光电转换器，其作用把光栅莫尔条纹的光信号变成电信

13、号。 读数头光源采用普通的灯泡，发出辐射光线，经过聚光镜后变为平行光束，照射光栅尺。光电元件（常使用硅光电池）接受透过光栅尺光强信号，并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱，在长距离传递时，很容易被各种干扰信号淹没，造成传递失真，驱动线路的作用就是将电压信号进行电压和功率放大。,当光栅移动一个栅距，莫尔条纹便移动一个条纹宽度，理论上光栅亮度变化是一个三角波形，但由于漏光和不能达到最大亮度，被削顶削底后而近似一个正弦波（见左图）。硅光电池将近似正弦波的光强信号变为同频率的电压信号（见右图），经光栅位移数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表移动了一个栅距那么大的位移，

14、通过对脉冲计数便可得到工作台的移动距离。,光栅位移,O,光栅的实际亮度变化,亮度,应用（光栅位移数字转换系统）,采用一个光电元件即只开一个窗口观察，只能计数，却无法判断移动方向。因为无论莫尔条纹上移或下移，从一固定位置看其明暗变化是相同的。为了确定运动方向，至少要放置两个光电元件，两者相距1/4莫尔条纹宽度。当光栅移动时，莫尔条纹通过两个光电元件的时间不同，所以两个光电元件所获得的电信号虽然波形相同，但相位相差90o。根据两光电元件输出信号的超前和滞后，可以确定标尺光栅移动方向。,确定运动方向,方向判别,方向判别,增加线纹密度，提高刻线的精度，均能提高光栅检测装置的精度，但制造较困难，成本高。

15、 在实际应用中，既要提高测量精度，同时又能达到自动辨向的目的，通常采用倍频或细分的方法来提高光栅的分辨精度，如果在莫尔条纹的宽度内，放置四个光电元件，每隔1/4光栅栅距产生一个脉冲，一个脉冲代表移动了1/4栅距那么大位移，分辨精度可提高四倍，这就是四倍频方案。,提高检测精度的方法,P1、P3信号是相位差180o的两个信号，差动得正弦信号。 正余弦经整形变成方波A和B，为使每隔1/4节距都有脉冲，把A、B各自反向一次得C、D信号； A、B、C、D信号再经微分变成窄脉冲A、B、C、D，即在正走或反走时每个方波的上升沿产生窄脉冲； 由与门电路把0o、90o、180o、270o四个位置上产生的窄脉冲组

16、合起来，根据不同的移动方向形成正向或反向脉冲。,图中的P1、P2、P3、P4是四块硅光电池，产生的信号相位彼此相差90o。,正向运动时，用与门Y1Y4及或门H1，得到AB+AD+CD+BC的四个输出脉冲；反向运动时，用与门Y5Y8及或门H2，得到BC+ CD+AD+ AB的四个输出脉冲,四倍频辨向电路波形图,若光栅栅距0.01mm，则工作台每移动0.0025mm，就会送出一个脉冲，即分辨率为0.0025mm。由此可见，光栅检测系统的分辨力不仅取决于光栅尺的栅距，还取决于鉴向倍频的倍数。除四倍频以外，还有十倍频、二十倍频等。,当平行光线透过光栅后，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面

17、积最小，光的累积作用使得这个区域出现亮带。 相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。 这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。,4.3.3 光栅检测装置的特点,(1) 测量精度高。 一般长光栅的测量精度可达1m以上。 (2) 精度保持性好。 由于两光栅尺之间不直接接触，无磨损。 (3) 光栅的制作要求高，调试较困难。 (4) 对环境要求高。 光栅容易受到外界气温的影响，使用中须防止灰尘、水汽等污物的侵入。,4.4 磁栅,1-磁性膜 2-基体

18、3-磁尺 4-磁头 5-铁芯 6-励磁绕组 7-拾磁绕组,磁栅检测装置是将具有一定节距的磁化信号用记录磁头记录在磁性标尺的磁膜上，用来作测量基准。在检测过程中，用拾磁磁头读取磁性标尺上的磁化信号转换成电信号，然后通过检测电路把磁头相对于磁尺的位置送给伺服控制系统或数字显示装置。磁栅检测装置由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路三部分组成。,在实际应用中，需要采用双磁头识别磁栅的位移方向，通常两磁头彼此相距(m1/4)配置（m是正整数），从两个磁头的输出绕组上得到的是两路相位差90的电压信号，磁栅的辨向原理与脉冲编码器、光栅是一样的。,在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为拾磁绕

19、组，将高频励磁电流通入励磁绕组时，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中感应电压为：,磁栅（磁尺）是一种录有等节距磁化信号的磁性标尺或磁盘，是一种高精度的位置检测装置，可用于数控系统的位置测量，其录磁和拾磁原理与普通磁带相似。在检测过程中，磁头读取磁性标尺上的磁化信号并把它转换成电信号，然后通过检测电路把磁头相对于磁尺的位置送入计算机或数显装置。磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略低一些。但它有其独特的优点：,（1） 制作简单， 安装、 调整方便， 成本低。 磁栅上的磁化信号录制完成后， 若发现不符合要求可抹去重录， 亦可安装在机床上再录磁， 避免安装误差。 （2） 磁尺的长度可任意选择， 亦可录制任

20、意节距的磁信号。 （3） 耐油污、 灰尘等， 对使用环境要求低。,4.4.1 磁栅测量装置的组成结构 磁栅测量装置由磁性标尺、拾磁磁头和测量电路组成，按其结构可分为直线磁栅和圆磁栅，分别用于直线位移和角位移的测量。其中，直线磁栅又分为带状磁栅、杆状磁栅。常用磁栅的外形结构如图4.1所示。,图4.1 常用磁栅外形结构 （a） 带状磁栅； （b） 杆状磁栅； （c） 圆磁栅,带状磁栅固定在用低碳钢做的屏蔽壳体内，并以一定的预紧力绷紧在框架或支架中，框架固定在机床上，使带状磁尺同机床一起胀缩，从而减少温度对测量精度的影响。杆状磁栅套在磁头中间，与磁头同轴，两者之间保持很小的间隙，由于磁尺包围在磁头中

21、间，对周围电磁起到了屏蔽作用，所以抗干扰能力强，输出信号大。圆形磁栅的磁尺做成圆形磁盘或磁鼓形状，磁头和带状磁尺的磁头相同，圆形磁尺主要用来检测角位移。,1. 磁性标尺 磁性标尺常采用不导磁材料做基体，在上面镀上一层1030um厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜；再用录磁磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，用以作为测量基准，信号可为正弦波、方波等，节距通常为0.05、0.1、0.2mm；最后在磁尺表面还要徐上一层12um厚的保护层，以防磁头与磁尺频繁接触而形成的磁膜磨损。,2. 拾磁磁头 拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把磁尺上的磁化信号检测出来变成电信号送给测量电路。拾磁磁头可分为动态磁头(不

22、用)和静态磁头。 动态磁头又称为速度响应型磁头，它只有一组输出绕组，所以只有当磁头和磁尺有一定相对速度时才能读取磁化信号，并有电压信号输出。这种磁头只能用于录音机、磁带机的拾磁磁头，不能用来测量位移。,由于用于位置检测用的磁栅要求当磁尺与磁头相对运动速度很低或处于静止时亦能测量位移或位置，所以应采用静态磁头。静态磁头又称磁通响应型磁头，如图4.6所示，它在普通动态磁头的基础上，增加了一个励磁线圈，并采用可饱和的铁芯，利用可饱和铁芯的磁性调制原理来实现位置检测。静态磁头可分为单磁头、双磁头和多磁头。,图4.6 磁通响应型单磁头,4.4.2 磁栅工作原理 单磁头结构如图4.6所示， 磁头有两组绕组

23、， 一组为拾磁绕组， 一组为励磁绕组。 在励磁绕组中加一高频交变励磁信号， 则在铁心上产生周期性正、 反向饱和磁化现象， 使磁心的可饱和部分在每周期内两次被电流产生的磁场饱和。 当磁头靠近磁尺时， 磁尺上的磁通在磁头气隙处进入铁心， 并流过拾磁绕组的碰心， 产生感应电压,式中，k为耦合系数；m为磁通量的峰值；为磁尺上磁化信号的节距；x为磁头在磁尺上的位移量；为励磁电流的角频率。 由此可以看出，磁头输出信号的幅值是位移x的函数，只要测出u的过0的次数，就可以知道位移x的大小。 双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，如图4.7所示，两磁头按(m)配置，m为任意整数，当励磁电压相同时，其输出电压分

24、别为,图4.7 双磁头的配置,通过对u1、u2进行检测处理，即可判定位移方向，并测出位移量的大小。 由于单磁头读取磁性标尺上的磁化信号输出电压很小，而且对磁尺上磁化信号的节距和波形要求高，因此，如图4.8所示，可将多个磁头以一定方式串联起来形成多间隙磁头。,这种磁头放置时铁芯平面与磁栅长度方向垂直，每个磁头以相同间距/4放置。若将相邻两个磁头的输出绕组反相串接，则能把各磁头输出电压叠加。多磁头的特点是使输出电压幅值增大，同时使各铁芯间误差平均化，因此精度较单磁头高。,图4.8多间隙磁头,4.4 磁栅检测电路 磁栅检测是模拟测量，必须和检测电路配合才能检测。检测线路包括励磁电路，读取信号的滤波、

25、放大、整形、倍频、细分、数字化和计数等线路。根据检测方法不同，检测电路分为鉴幅式检测电路和鉴相式检测电路两种形式，并以鉴相式检测电路应用较多。,鉴幅式磁栅检测电路工作原理 如前所述，当在两个励磁绕组上加相同励磁电压时，可得到两组幅度调制信号输出，将高频载波滤掉后则得到相位差为/2的两组信号，即,检测电路方框图如图4.9所示。磁头H1、H2相对于磁尺每移动一个节距发出一个正（余）弦信号，经信号处理后可进行位置检测。这种方法的线路比较简单，但分辨率受到录磁节距的限制，若要提高分辨率就必须采用较复杂的倍频电路，所以不常采用。,图4.9鉴幅式磁栅检测电路框图,2. 鉴相式磁栅检测电路工作原理 电路结构

26、如图，由振荡器产生的2MHz脉冲信号，经400分频器分频后得到5kHz的励磁信号，再经低通滤波器滤波后变为两路正弦波信号，一路经功率放大器送到第一组磁头励磁线圈，另一路经90移相后送入第二组磁头励磁线圈。两磁头获得的输出信号分别为:,2. 鉴相式磁栅检测电路工作原理,在求和电路中相加，即得到相位按位移量变化的合成信号,该信号经选频放大、整形微分后再与基准相位鉴相以及细分，即可得到分辨率为预先设定单位的位移测量信号，并送可逆计数器计数。 鉴相式检测的精度可远高于录磁节距，并可以通过提高内插补脉冲频率以提高系统的分辨率，可达到1m。,4.5 旋转变压器,结构与工作原理 旋转变压器是一种角位移测量装

27、置，由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。,假设加到定子绕组的励磁电压为：,转子绕组中产生的感应电压为：,式中 K 变压比（即绕组匝数比）； Um 励磁信号的幅值； 励磁信号角频率； 旋转变压器转角。,实际使用时通常采用多极形式，如正余弦旋转变压器，其定子和转子均由两个匝数相等，轴线相互垂直的绕组构成，如图所示。一个转子绕组接高阻抗作为补偿，另一个转子绕组作为输出。,旋转变压器的应用,其有两种典型工作方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输

28、出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。,a.鉴相工作方式 给定子两绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位差900的交流励磁电压，即:,这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压，电压的代数和：,b.鉴幅工作方式 给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压，即,式中 激磁绕组中的电气角,则转子上的叠加电压为,4.5 旋转变压器,有刷旋转变压器结构如图4.10所示，定子与转子上均为两相交流分布绕组，二相绕组轴线相互垂直，转子绕组的端点通过电刷和滑环引出，结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触，所以这种结构的旋转变压器可靠

29、性差，使用寿命较短。 无刷旋转变压器结构如图4.10所示，它没有电刷与滑环，由两大部分组成，一部分是旋转变压器本体，也叫分解器；另一部分是附加变压器。无刷旋转变压器具有可靠性高，使用寿命长，但其体积、重量和成本均有所增加。,4.5.1 旋转变压器的工作原理 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当给励磁绕组加上一定频率的交流励磁电压时，通过定子与转子之间的电磁耦合，转子绕组就会产生感应电动势，感动电动势的幅值大小与转子位置有关。,图4.11 旋转变压器的工作原理,由于旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规律，因此在转子转动过程中，感应电动势随转子偏转角度呈正弦规律变化，当转

30、子转动角度为时，空载时转子绕组输出电压为,式中：k 为传输比； u1 为定子交流励磁电压； U1m为定子励磁电压幅值。,4.6 感应同步器,感应同步器是利用两个平面印刷电路绕组的电磁感应原理制成的位移测量装置。这两个绕组类似变压器的原边绕组和副边绕组，所以又称为平面变压器。按结构和用途可分为直线感应同步器和圆盘旋转式感应同步器两类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。两者的工作原理基本相同。,感应同步器具有较高的测量精度和分辨率，工作可靠，抗干扰能力强，使用寿命长。目前，直线式感应同步器的测量精度可达15m ，分辨率可达0.05m，并可测量较大位移。因此，感应同步器广泛应用于坐标镗床、坐

31、标铣床及其它机床的定位、数控和数显等，旋转式感应同步器常用于雷达天线定位跟踪、精密机床或测量仪器的分度装置等。,4.6.1 感应同步器的结构 直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，图4.6.1是定尺和滑尺的截面结构图，定尺和滑尺均用绝缘粘合剂将铜箔贴在基板上，用光化学腐蚀或其它方法，将铜箔刻制成曲折的印刷电路绕组（如图4.6.2所示）。定尺表面涂有耐切削液的保护层。滑尺表面用绝缘粘合剂贴有带绝缘层的铝箔，以防止静电感应。,图4.6.1定尺和滑尺的截面结构,图4.6.2 直线感应同步器定尺和滑尺的绕组示意图,如图4.6.2所示，定尺表面分布有单相均匀绕组，尺长250mm，绕组节距() 2mm(

32、标准型)。滑尺上有两组绕组，一组叫正弦绕组，另一组叫余弦绕组。当正弦绕组的每只线圈和定尺绕组的每只线圈对准(即重合)时，余弦绕组的每只线圈和定尺绕组的每只线圈相差1/4节距，即滑尺上两组绕组在空间位置上相差1/4节距。,直线式感应同步器有标准型、窄型和带型三种，其中标准型精度最高，应用最广。各类型感应同步器的精度和电参数如表4.6.1所示。,表4.6.1 各类型感应同步器的精度和电参数的参考数据,4.6.2. 感应同步器的工作原理 在感应同步器工作时， 定尺和滑尺相互平行安装， 其间有大约0.250.05 mm的间隙， 间隙的大小会影响电磁耦合度。 定尺是固定的， 滑尺是可动的， 它们之间可以

33、做相对移动。 图4.6.3说明了定尺感应电压与定、 滑尺绕组的相对位置的关系。,图4.6.3 感应同步器工作原理,当在滑尺的正弦绕组加正弦交流(110 kHz)励磁电压时，则在绕组中产生励磁电流，并产生交变磁通，这个交变磁通与定尺绕组耦合，在定尺绕组上分别感应出同频率的交流电压。这时，如果滑尺处于图中A点位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合，则定尺上的感应电压最大。,随着滑尺相对定尺做平行移动，感应电压逐渐减小。当滑尺移动至图中B点位置，与定尺绕组刚好错开14节距时，感应电压为零。再继续移至1/2节距处，即图中C点位置时，为最大的负值电压(即感应电压的幅值与A点相同但极性相反)。再移至3/4

34、节距，即图中D点位置时，感应电压又变为零。当移动到一个节距位置即图中E点，又恢复初始状态，即与A点情况相同。,显然在定尺和滑尺的相对位移中，感应电压呈周期性变化，其波形为余弦函数。在滑尺移动一个节距的过程中感应电压变化了一个余弦周期。 同样，若在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压，也能得出定尺绕组中感应电压与两尺相对位移的关系曲线，它们之间为正弦函数关系。 根据励磁绕组中励磁供电方式的不同，感应同步器可分为鉴相工作方式和鉴幅工作方式。,1) 鉴相工作方式 当在滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别加同频率、同幅值，相位相差2的励磁电压和时，则将在定尺绕组上分别感应出同频率的电压 ud1=kUm cos sint ud2=-kUm sin cost,式中， k为电磁耦合系数， 为滑尺励磁绕组相对于定尺绕组的空间相位角。 实际上， 正弦、 余弦绕组同时供电， 这时定尺绕组上总的感应电压为: ud=ud1+ud2 =kUmcos sint-kUm sin cost =kUm sin(t-) 我们要测