第3章 电感式传感器-3

关于传感器的原理及应用的课件

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。

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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。

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2.直接测量的量： 3.组成：

直线位移(长感应同步器) 转角位移(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。

径向导线数,也称极数 有 径向导线数 也称极数,有 也称极数 60、720、1080、512等。 、 、 、 等

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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)。 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0.25±0.05mm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。

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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″ 0.05″; (d=300mm) ± 0.05″ 长(250mm):精度±1.5µm,分辨力0.05 µm; (250mm) ±1.5µ 0.05 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。

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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。

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二.工作原理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 矩形磁场采用谐波 分析的方法又可分解 分析的方法又可分解 为基波、三次、 为基波、三次、五次 等等。 L等等。因此在下面 的讨论中将只考虑基

波部分。 波部分。

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这样，磁通密度B(ζ)将按位 ζ 置 ζ 做余弦规律变化，而且 幅值与电流i=Imsinωt成正比， ω 即πζ B(ζ) = k1Im sinωt cos( ) b

e Vx x x x x x

I x

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ΦA = ∫x+b/ 2 x b/ 2

B(ζ)dζ

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b πζ πζ k1Im sinωt cos dζ = k1Im sinωt sin ΦA = ∫ x d/ 2 b b π b d d π π = k1Im sinωt [sin (x + ) sin (x )] b 2 b 2 π b π πd π πd = k1Im sinωt [sin( x + ) sin( x )] b 2b b 2b π 2b π πd = k1Im sinωt cos x sin b 2b πx+d/ 2

x+d/ 2 x d/ 2

e

当b=d时

2b πx ΦA = k1Im sinωt cos b π 由此可见感应线圈电势为dΦA 2b πx e= = k1Imωcos ωt cos dt b π

x x

V x x x x

I

b x

d

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在实际应用中，设激励电压为：u = Um sinωt 电流为： i = Im sinωt 则感应电势： e = kωUm cos 2πx cos ωtW2πx e = kωUm sin cos ωt WW=2b

若将激磁线圈的原始位置移动90°的空间角，则 ° kω常称为电磁耦合系数。 ω 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 被测位移显示出来。

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三.结构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) (什么是空间 什么是空间 上差90 90° 上差90° ?

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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。

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(一)鉴相方式在滑尺的正、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 us = Um sinωtuc = Um cos ωt

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