第3章 电感式传感器-3.ppt

1、第八节 感应同步器又名测量（或精密）位移变压器（Inductosyn),它是一种电磁感应式多极位置传感器元件。由于多极结构在电与磁两方面对误差起补偿作用，所以具很高的精度。,一概述,1. 定义：感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。,2.直接测量的量： 直线位移（长感应同步器） 转角位移（圆感应同步器） 3.组成： 长感应同步器由定尺和滑尺组成； 圆感应同步器由转子和定子组成。,径向导线数,也称极数,有 60、720、1080、512等。,4.制造方法： 首先将铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后采用印刷电路工艺将定尺和滑尺，定子和转子印制成不同的分布绕组（平面）。

2、 一般在定尺和转子上是连续绕组，在滑尺和定子上是分段绕组。（正、余弦绕组，空间差90） 5.安装： 安装时，定尺和滑尺，转子和定子上的平面绕组面对面地放置。由于其间气隙的变化要影响到电磁耦合度的变化，因此，气隙一般必须保持在0.250.05mm范围内。 6.工作过程： 工作时，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（或转子和定子）的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。再通过对此信号的检测处理，便可测出直线或角位移。,7.优点： 1）具有较高精度和分辨力： 圆（d=300mm）：精度1 ，分辨力0.05； 长（250mm）：精度1.5m，分辨

3、力0.05 m； 2）抗干扰能力强； 3）使用寿命长，维护简单；（定、滑尺不接触） 4）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） 5）工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。 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。,二工作原理,感应电势随着滑尺相对定尺位置的移动而呈周期性变化，可将机械位置和电周期联系起来。 绕组的电阻一般要比绕组的电感大很多，因此绕组中的电流基本上与激励电压同相。,脉振磁场,当一个矩形线圈通以电流I后，两根竖直部分的单元导线周围空间将形成环形封闭磁力线，此封闭磁力线在该矩形内产生一个近似均匀的磁场，而它的幅值则按激励电流的瞬时值以正

4、弦规律变化。 这种在空间位置固定， 而大小随时间变化的 磁场称为脉振磁场。,对矩形磁场采用谐波分析的方法又可分解为基波、三次、五次等等。因此在下面的讨论中将只考虑基波部分。,二工作原理,设感应线圈A的中心从激励线圈中心右移x，则穿过 线圈A的磁通为,这样，磁通密度B()将按位 置 做余弦规律变化，而且 幅值与电流i=Imsint成正比， 即,由此可见感应线圈电势为,当b=d时,k常称为电磁耦合系数。 W=2b为绕组节距，又称感应同步器的周期。 上式表明，感应同步器可以看作一个耦合系数随相对位移变化的变压器，其输出电势与位移x具有正弦余弦的关系。 利用电路对感应电势进行适当的处理，就可以把被测位

5、移显示出来。,在实际应用中，设激励电压为： 电流为：,则感应电势：,若将激磁线圈的原始位置移动90的空间角，则,W=2b,1.定尺：连续绕组，W2=2（a2+b2） 2.滑尺：W和U形的断续绕组，且为空间上差90的正、余弦部分。W1=2（a1+b1）,三结构,什么是空间上差90 ？,四信号处理方式,1.从激励方式来说,可分为：(目前采用较多的是前一种。) a.以滑尺(或定子)激励，由定尺（或转子）取出感应信号。 b.以定尺(或转子)激励，由滑尺（或定子）取出感应信号。 2.从信号处理方式来说,可分为：鉴相方式和鉴幅方式。 它们的特征是用输出感应电势的相位或幅值来进行处理。,（一）鉴相方式,式中

6、的 称为感应电动势的相位角，它在一个节距W之内与定尺和滑尺的相对位移x有一一对应关系，(且线性关系)每经过一个节距，变化一个周期（2）。,在滑尺的正、余弦绕组上供给频率相同，相位差90 的交流电压激励信号，即,两个激励绕组分别在定尺绕组上感应出电势，其值分别为,按叠加原理求得定尺上总感应电动势为：,感应同步器鉴相方式下工作,也可以定尺绕组激磁, 从滑尺两绕组取出感应电势,为,再相加后得到以上同样结果。,例：x=1.8,W=2mm,则x=(1.8/360)2=0.01mm,它表 明相对于节距为零的位置移动了0.01mm。,正弦绕组： 余弦绕组：,将余弦绕组输出电压移相90后得,（二）鉴幅方式,该

7、式把感应同步器定尺滑尺间的相对位移角x与励磁电压 的电相角d联系了起来。,加在滑尺两绕组的交流激磁电压为：,分别在定尺绕组上感应电动势为,定尺的总感应电动势为,采用函数变压器使励磁电压幅值为：,式中d为励磁电压的电相角，则感应电动势可写为,实际中采用了这样的电路系统，每当位移x超过一定值（例如0.01mm），就使e的幅值超过某一预先设定的门槛电平，发出一个脉冲，并利用这个脉冲去自动地改变激磁电压Us和Uc，使新d的跟上x，这样便将位移信号变成了脉冲量。 此外还有使用方波进行激励,用数字正、余弦函数发生器进行数模转换的另一种鉴幅方式,称为脉冲调宽鉴幅方式。,设原始状态时d= x ，则e=0，然后滑尺相对定尺 有一位移，使x x +x ，则感应电势增量为,五设计举例,基本要求：应使输出的感应电动势是被测量位移（或转角）的正、余弦函数这个关系的准确度越高越好。 具体地说： 1）正、余弦绕组应正交，即在空间相差90电气角； 2）要尽量消除感应耦合中的高次谐波； 3）尽可能减小环流电势（绕组横向段中产生的电势），它影响感应同步器的精度； 4）要尽量减小安装误差对测量精度的影响等。,六感应同步器的接长,直线感应同步器的定尺长度一般为175mm，当需要增加测量范围时，可将定尺加以拼接。 对3m以下的