| 词条 | 感应同步器 |
| 释义 | 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。 简介感应同步器 inducsyn 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。 结构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。 工作原理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。 运行方式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。 优点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。 绕组材料基板的选样根据要求不同而异。对于直线感应同步器多选用导磁材料，其热膨胀系数与所安装的主体相同，常采用优质碳素结构钢。由于这种材料导磁系数高，矫顽磁力小，即能增强激磁磁场，又不会有过大的剩余电压。为了保证刚度，一般基板厚度为10mm。 定尺与滑尺上的平面绕组用电解铜箔构成导片，要求厚薄均匀、无缺陷，一般厚度选用0.1mm以下，容许通过的电流密度为5A/mm2。 定尺与滑尺上绕组导片和基板的绝缘膜的厚度一般小于0.1mm，绝缘材料一般选用酚醛玻璃环氧丝布和聚乙烯醇缩本丁醛胶或用聚酰胺做固化剂的环氧树脂，这些材料粘着力强、绝缘性好。 滑尺绕组表面上贴—层带绝缘层的铝箔，起静电屏蔽作用，将滑尺用螺钉安装在机械设备上时，铝箔还起着自然接地的作用。它应该足够薄，以免产生较大的涡流。 为防止环境的腐蚀性气、液对绕组导片的腐蚀，—般要在导片上涂一层防腐绝缘漆。 绕组结构长感应同步器由定尺和滑尺组成，如图所示。其制造工艺方法一般为：首先用绝缘粘结剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组一般称为印制电路绕组。 定尺和滑尺上的绕组分布是不同的。在定尺上的是连续绕组，节距w2＝2(a2+b2)。在滑尺上的则是分段绕组。分段绕组为两组，布置成在空间相差90°，故又称为正、余弦绕组。 感应同步器的连续绕组和分段绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。 工作原理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）。 应用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。 定义构成原理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。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。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。这两类感应同步器是采用同一的工艺方法制造的。一般情况下。首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺，转子和定子上的绕组分布是不相同的。在定尺和转子上的是连续绕组，在滑尺和定子上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差90°相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。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0.25±0.05mm的范围内。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，该电动势随定尺与滑尺（或转子与定子）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，便可测量出直线或转角的位移量。 感应同步器的优点①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。目前长感应同步器的精度可达到±1.5μm，分辨力0.05μm，重复性0.2μm。直径为300mm的圆感应同步器的精度可达±1″，分辨力0.05″，重复性0.1″。 ②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。平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。 ③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、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。 ④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。 ⑤工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。由于感应同步器具有上述优点，长感应同步器目前被广泛地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测量装置等。圆感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。 |
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