6.1 传感器技术-感应同步器
感应同步器
感应同步器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，如图3-45所示。
圆感应同步器由转子和定子组成，如图3-46所示。
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。
感应同步器的优点是：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，分辨力，重复性。
直径为的圆感应同步器的精度可达，分辨力，重复性。
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。
感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理
感应同步器是一种电力传动装置，用于控制电力机械的旋转速度和方向。
其工作原理基于磁场感应和电动机的运动学原理。
感应同步器由两个电动机组成，一个称为感应电动机，另一个称为同步电动机。
感应电动机的转子由铜圆环和铁心构成，电感为整圆筒形；同步电动机的转子为大功率电动机，由多极磁铁和铁心构成。
当感应同步器的感应电动机运转时，电流在铜圆环中形成旋转磁场。
该旋转磁场引起在同步电动机的磁铁中产生磁场，在同步电动机中也产生旋转磁场。
由于同步电动机的转子具有多极磁铁，所以它的旋转速度是固定的，称为同步速度。
感应电动机的转速可能高于或低于同步速度，当它的转速低于同步速度时，它的旋转磁场和同步电动机的旋转磁场产生相互作用，从而产生转矩，使感应电动机逐渐加速。
一旦感应电动机达到同步速度，旋转磁场和同步电动机的旋转磁场就同步了。
感应同步器的转矩与铜圆环所产生磁场的强度成正比，因此，如果减小铜圆环内的电流强度，就可以减小感应同步器产生的转矩。
这种方法可用于控制电机的速度和方向。
总之，感应同步器的工作原理基于磁场感应和电动机的旋转速度的同步原理。
当
感应电动机的转速低于同步速度时，感应同步器会产生转矩，使电动机逐渐加速，直至达到同步速度。
使用感应同步器可以控制电动机的速度和方向，广泛用于工业和交通领域。
感应同步器
知识创造未来
感应同步器
感应同步器是一种用于同步两个或多个物理系统的设备或
技术。
它利用感应原理将一个系统的运动状态传递给其他
系统，从而使多个系统的运动保持同步。
感应同步器可用于许多不同的应用场景，例如电机控制、
时钟同步、数据传输等。
在电机控制方面，感应同步器可
以将一个电机的运动状态传递给其他电机，使它们保持同
步运行。
在时钟同步方面，感应同步器可以将一个主时钟
的运动状态传递给其他从时钟，使它们保持统一的时间。
感应同步器可以基于不同的原理工作，例如电磁感应原理、光学感应原理、声学感应原理等。
具体的工作方式取决于
应用场景和系统的特点。
无论采用何种原理，感应同步器
通常都包含一个感应元件和一个传递机制。
感应元件用于
捕捉一个系统的运动状态，传递机制用于将该运动状态传
递给其他系统。
总的来说，感应同步器是一种用于实现多个系统之间同步
运动或同步行为的设备或技术。
它在工业控制、通信和信
息处理等领域具有重要的应用价值。
1。
感应同步器
的位置时，滑尺S绕组与定尺某一绕组重合，定尺感应电的位置时，定尺
感应电动势为零；当滑尺移过W/2至C点位置时，定尺感应电
动势为负的最大值；当移过3W/4至D点的位置时， 定尺感应
电动势又为零，其感应电动势如图5-3-3中曲线1所示。 同理，
余弦绕组单独励磁时，定尺感应电动势变化如曲线2所示。定
二、感应同步器的工作原理
感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路 绕组的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为 电信号。类似于变压器的原边和副边。
精度高，分辨率可达0.05um，测量位移范围大， 广泛用于数控机床、雷达天线定位跟踪等。
当在滑尺绕阻施加激励交变电压时，在定尺绕阻可感 应出与两尺位置由关系的交变电压，根据激励电压的不 同，可分为鉴相式和鉴幅式两种。
感应同步器定尺、滑尺
2、直线式感应同步器的种类
根据不同的运行方式、精度要求、测量范围、 安装条件等， 直线式感应同步器可设计成各种不 同的尺寸、形状和种类。
直线感应同步器可分为标准型和窄形两种。 窄形直线同步感应器中定尺、滑尺长度与标准 型相同，仅是宽度较窄。标准型直线感应同步 器精度高，应用广，每根定尺长250mm。如 果测量长度超过175mm时，可将几根定尺接 起来使用，甚至可连接长达十几米，但必须保 持安装平整，否则极易损坏。
1. 鉴相型
给滑尺的S和C绕组以等频、等幅、相位
差为90°的电压分别激磁，就可根据感应电
势的相位来鉴别位移量。若定尺节距为W
（标准为2 mm）， 机械位移x引起的电相
2 x ， 其总感应电动势e与
W
两尺的相对位移x关系为
e
kU m
sin(t
)
kU m
sin(t
感应同步器概述
(2) 直线感应同步器可直接固定在机床的运动部分和 静止部分, 不需要经过中间的传动装置而直接测量位移, 因而可以消除由于传动装置带来的齿隙误差。 同时它的 定、 滑尺基片的膨胀系数与机床一样, 温度变化不会造 成附加的测量误差。
(3) 把几个定尺联接起来, 还可以长距离工作, 高速度 移动。
(4) 制造方便, 坚固耐用, 对环境适应性强, 维护简便。
图 6 - 24 直线式感应同步器在机床上的安装简图
图 6 - 25 直线式感应同步器的磁场
图 6 - 26 定、 滑尺相对位置改变时滑尺导片 所匝链磁通的变化
图 6 - 27 滑尺导片电势有效值
滑尺导片电势也可用函数式来表示。 首先将对应 于位移x的电角度表达出来。 已知一对极距离为2τ, 对 应的电角度为360°, 那末对应于位置x(米)的电角度为
(6 - 27)
对于直线感应同步器, 式中, θ为对应滑尺位移x的 电角度, 即θ=(180°/τ)·x。 对于旋式感应同步器, θ为转 子的位移角(电角度)。 由式(6 - 27)可以看出, 感应同步 器把滑尺的直线位移或转轴的转角变换成输出电压的 时间相位移。 只要通过一定的电路鉴别出输出电压时 间相位移, 就可以知道滑尺的位移距离或转轴转过的角 度。 因此这种情况下的感应同步器是处于鉴相工作方 式。
e =kueb cosθ-kuea sinθ
=kuE0(sinθ1cosθ-cosθ1sinθ)sinωt
=kuE0sin(θ1-θ)sinωt
可见感应同步器输出电势的幅值正比于指令位移 角和滑尺(或定子)位移角的差角θ1-θ的正弦函数。 如果 将感应同步器的输出经放大后控制电机转动, 那末, 只 有当θ=θ1或x=θ1τ/180°, 感应同步器的输出电压为0时, 电机才停止转动。 这样一来, 工作台就能严格按照指令 转动或移动。 由于这种系统是用鉴别感应同步器输出 电压幅值是否为0来进行控制的, 所以称为鉴幅工作方 式或鉴零工作方式。
第十一讲感应同步器
感应同步器
�结构类型：直线式和旋转式
�结构组成: 固定和运动两大部分
�直线式感应同步器：由定尺和滑尺组成，用于直线 位移测量。 �旋转式感应同步器：由转子和定子组成，用于角位 移测量。
1．旋转式感应同步器
�由定子和转子两部分组成。 定子、转子：用不锈钢、硬铝合金等材料作基板，呈环形辐 射状。
�定子和转子相对的一面都有 导电绕组，绕组用铜箔构成 （厚0.05mm） �基板和绕组之间有绝缘层 �绕组表面还要加一层和绕组 绝缘的屏蔽层（铝箔或铝膜）
�转子绕组为连续绕组；
�定子上有两相正交绕组（sin绕组和cos绕组），做成分段 式，两相绕组交差分布，相差90相位角。属于同一相的各相 绕组用导线串联起来。
2、直线感应同步器的结构
直线感应同步器是直线条形，由基板、绝缘层、绕组和屏蔽层 组成。 材料：采用与机床热膨胀系数相近的钢板或铸铁制成
�长尺叫定尺，安装在机床 床身上 �短尺为滑尺，安装于移动 部件上 �两者平行放置，保持一定 间隙。
总结：感应同步器工作原理---电磁耦合原理
工作时，在滑尺上的绕组上通励磁电压
由于电磁耦合作用，在定尺绕组上产生感应电压 当滑尺和定尺之间发生相对位移时
由于电磁耦合的变化，定尺上感应绕组中的感应电压 也发生变化
感应电压的变化与相对位移之间有一定的关系
通过测量定尺绕组中的感应电压，借以进行位移量的 检测
（五）运动形式：旋转型、直线型 （六）信号转换的原理：光电效应、光栅效应、 电磁感应、压电效应、压阻效应、磁阻效应等
三、位置检测装置
直线型：用来检测运动部件的直线位移量 旋转型：检测回转部件的转动位移量
常见的位置检测装置
感应同步器
位置 检测 装置
传感器与检测技术课件第二章-5感应同步器
三、感应同步器
•鉴幅型 • 根据感应电动势E的幅值鉴别位移量x的大小
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
三、感应同步器
•鉴幅型 • 根据感应电动势E的幅值鉴别位移量x的大小 • 滑尺正、余弦绕组通入的激励电压同频、同相，但幅值不 同。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
三、感应同步器
鉴幅型 当正、余弦绕组上施加的激励电压为 UiA sin t 和 UiB cos t 时， 定尺上的感应电动势为E。在滑尺偏离初始位置x位移后， 其感应电动势为
节距 sin cos 滑尺
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
三、感应同步器
1.感应同步器的结构和原理 • 感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时， 由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变 化而变化，借以进行位移量的检测。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
三、感应同步器
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器 第三节 大位移传感器
四、激光式位移传感器 • 激光检测有精度高、测量范围大、测试时间短、非接触、 易数字化、效率高等优点。 • 激光干涉测长技术，目前已广泛地应用于精密长度测量， 如磁尺、感应同步器、光栅的检定；精密机床位移检测与 校正；集成电路制作中的精密定位等。
K-------与感应同步器结构有关的电磁耦合系数； θx------相位角，
x 2 W x
W-------定尺节距（m）
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
三、感应同步器
•鉴相型
滑尺与定尺相对位移量x的求取：
感应同步器 ppt课件
鉴相式伺服系统利用相位比较原理进行工作。当数控装置要求工作台
沿一个方向位移时，产生一列进给脉冲，经脉冲调相器的调相分频通道转 化电路为的相作位用变是化将信工号作Δθ台1′，的它位作移为量指检令测信出号来送，入并鉴表相达器成；与测基量准装信置号及之信间号的处相理 位表鉴示相差，器Δθ且的2′，同作也频用被率就送、是入同鉴鉴周别相期 出器。 这。因 两这此 个两， 信路它 号信们 的号两 相都者 位用之 差它间 ，们的 并与相 以基位与准差此信为相号位δ′之＝差间Δ信θ的1号′－相成Δ位θ正2差′。 比的电压信号输出。如果相位差不为零，说明工作台实际移动的距离不等 于指令信号要求工作台移动的距离，鉴相器检测出的相位差，经放大后， 送入速度控制单元，驱动电机带动工作台向减少误差的方向移动。若相位 差为零，则表示感应同步器的实际位置与给定指令位置相同，鉴相器输出 电压为零，工作台停止移动。
2. 鉴幅式系统
供给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率相同、相位相同但幅 值不同。
Us Umsinsint
Uc Umcos sint
式中 α—给定的电气角。
则在定尺绕组产生的总感应电压为
U 2 K m sU s in t i c n o K m s cU s ot i s s n i
＝ Km s U in s itn
频的二进制计数器，称为基准分频通道。为适应感应同步器滑尺的两励 磁绕组供电的要求，该通道输出两路幅值相等、频率相同、相位相差900 的脉冲信号，经激磁供电线路变成正、余弦信号给滑尺正弦、余弦绕组
励磁。另一路先经过脉冲加减器，再进入分频器2，该分频器也为1/N分
频二进制计数器，称为调相分频通道。调相分频通道的任务是将指令脉 冲信号调制成与基准脉冲有一定关系的输出脉冲信号，其相位差大小和
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6 数字式传感器
6.1.1 结构
➢ 由定尺和滑尺组成。定尺是连续绕组；滑尺则是 两相分段绕组：布置成在空间相差90°相角，又 称为正、余弦绕组。
直线感应同步器
6.1 感应同步器
6.1.2 工作原理 ➢ 定尺或滑尺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的相对位置不同呈正弦、余 弦函数变化。
脉冲-相位 变换器
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统
6.1 感应同步器
6.1 感应同步器
优点：高的精度和分辨率；抗干扰能力强；可 作长距离位移测量；结构简单、工作可靠、使 用寿命长。
缺点：输出信号弱，信号处理麻烦，配套用于 信号处理的电子设备（一般称为数显表）比较 复杂。
6 数字式传感器
1. 感应同步器的结构 2. 感应同步器的工作原理 3. 感应同步器的测量电路
鉴幅型 鉴相型
6.1 感应同步器
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统 ➢ 感应同步器的励磁方式可分为两大类：
·以滑尺励磁，由定尺取出感应电动势信号(常用)； ·以定尺励磁，由滑尺取出感应电动势信号。 ➢ 信号处理方式可分为鉴相方式和鉴幅方式两种—— 分别用输出感应电动势的相位或幅值来进行处理。
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统
(d) 受被测物体材料、形状的影响
第二篇 传感器原理及应用
位移式传感器
线圈 铁芯
δ
衔铁
Δδ
图4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图5
图6
1. 传感器类型 (a)电容式；(b)自感式；(c)电涡流式；(d)应变式
2. 测量范围 (a)微米级；(b)可达数十毫米级；(c)可达几百毫米
3. 传感器特点 (a)线性好；(b)非线性；(c)动态特性差 ; (d) 受被测物体材料、形状的影响
1. 鉴幅型数字位移测量系统
在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值
不同的正弦激励电压，即
us Usm sint uc Ucm sint
Usm Um sin Ucm Um cos
电压细 分角
正、余弦绕组在定尺上 es kUsm cost cos机 产生感应电动势分别为 ec kUcm cost sin机
➢ 常用数字式位移传感器有：
• 感应同步器 • 栅式数字传感器：光栅、容栅、磁栅、球栅等 • 编码器：脉冲盘式、码盘式等
第二篇 传感器原理及应用
6 数字式传感器
6.1 感应同步器 6.2 光栅式数字传感器
第二篇 传感器原理及应用
6.1 感应同步器 ➢ 感应同步器是利用电磁感应原理，把二个平面
绕组间的相对位移量转换成数字量。 ➢ 按用途分为直线型和圆盘型感应同步器两类。 ➢ 广泛用于精密机床、程控数控机床的定位、数
us Um cost
uc Um sint
正、余弦绕组在定尺上 产生感应电动势分别为
es kUm sint cos机 ec kUm cost sin机
定尺输出的总感应电势 e kUm sin t+机
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统
感应同步器把机械位移量转换为电压的相位量； 通过电路把电压的相位量转换为脉冲数； 通过计数器记录和显示位移量
第二篇 传感器原理及应用
位移式传感器
图7
1. 传感器类型 (a)电容式；(b)自感式；(c)电涡流式；(d)应变式 2. 测量范围 (a)微米级；(b)可达数十毫米级；(c)可达几百毫米 3. 传感器特点 (a)线性好；(b)非线性；(c)动态特性差 ;
(d) 受被测物体材料、形状的影响
第二篇 传感器原理及应用
6.1 感应同步器
6.1.2 工作原理
在定尺上施加正弦激励电压
u Um sint
滑尺正、余弦绕组上感应电动 势分别为：
es
kU
m
cos
t
cos
2
W
x
ec
kUm
cos
t
sin
2
W
x
耦合系数 机械位移角机
6.1 感应同步器
6.1.3 细分原理
x
W
滑尺一相绕组感应电势 和位移对应关系
x
W
滑尺两相绕组感应电势 和位移对应关系
定尺输出的总感应电势 e kUm sin 机 cost
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统 e kUm sin 机 cost
usm
Usm Um sin
Ucm Um cos
6.1 感应同步器
6.1.4 测量系统
2. 鉴相型数字位移测量系统
在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和幅值相同、但相位差 为90°的交流激励电压即
第二篇 传感器原理及应用
CHAPTER 6
数字式传感器
Digital Sensors
位移式传感器
图1
图2
图3
1. 传感器类型 (a)电容式；(b)自感式；(c)电涡流式；(d)应变式
2. 测量范围 (a)微米级；(b)可达数十毫米级；(c)可达几百毫米 3. 传感器特点 (a)线性好；(b)非线性；(c)动态特性差 ;
6 数字式传感器
模式式传感器
模式量
传
感
A/D
器
数字式传感器
数字量
数字式传感器是测试技术、微电子技术与计 算机技术相结合的产物，是传感器技术发展的重 要方向之一。
第二篇 传感器原理及应用
6 数字式传感器 ➢ 数字式传感器的特点：
• 测量精度高，读数直观准确； • 测量范围大，分辨率高； • 易于实现测量的自动化和数字化； • 稳定性好，抗干扰能力强。