感应同步器的工作原理与应用场景介绍

图8-30 感应同步器结构示意图

a）外观及安装形式 b）绕组

1—固定部件（床身） 2—运动部件（工作台或刀架） 3—定子绕组引线 4—定尺座 5—防护罩 6—滑尺 7—滑尺座 8—滑尺绕组引线 9—调整块 10—定尺 11—正弦励磁绕组 12—余弦励磁绕组

感应同步器也是一种电磁式的检测传感器，用于直线位移的测量。主要部件包括定尺和滑尺。感应同步器结构示意图如图8-30所示。

定尺和滑尺分别安装在机床床身和运动部件上。定尺或滑尺随工作台一起移动，两者平行放置，保持0.2～0.3mm间隙。标准的感应同步器定尺长250mm，尺上是单向、均匀、连续的感应绕组；滑尺长100mm，尺上有两组励磁绕组，一组为正弦励磁绕组，另一组为余弦励磁绕组。滑尺绕组的节距与定尺绕组节距相同，均为2mm，用τ表示。当正弦励磁绕组与定尺绕组对齐时，余弦励磁绕组与定尺绕组相差1/4节距。由于定尺绕组是均匀的，故滑尺上的两个绕组在空间位置上相差1/4节距，即相差π/2相位角。

定尺和滑尺的基板采用与机床床身材料的热膨胀系数相同的低碳钢，上面有用光学腐蚀方法制成的铜箔锯齿形的印制电路绕组，铜箔与基板之间有一层极薄的绝缘层。在定尺的铜绕组上面涂一层耐腐蚀的绝缘层，以保护尺面。在滑尺的绕组上面用绝缘粘结剂粘贴一层铝箔，以防静电感应。

感应同步器可以采用多块定尺接长，相邻定尺间隔通过调整，使总长度的累积误差不大于单块定尺的最大偏差。行程为几米到几十米的中型或大型机床中，工作台位移的直线测量大多数采用感应同步器来实现。感应同步器的工作原理与旋转变压器相似。当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，使感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。所不同的是，旋转变压器是定子、转子间的角位移，而感应同步器是滑尺和定尺间的直线位移。

和旋转变压器一样，根据励磁绕组中励磁方式的不同，感应同步器也有相位工作方式和幅值工作方式两种。

1.相位工作方式

给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同但相位差为π/2的励磁电压，即

当滑尺移动X距离时，定尺绕组中的感应电压为

式中K——电磁耦合系数；

U_m——励磁电压幅值；

τ——节距；(www.xing528.com)

X——滑尺的位移量；

θ——电气相位角，

从式8-5可以看出，定尺的感应电压与滑尺的位移量有严格的对应关系，通过测量定尺感应电压的相位，即可测出滑尺的位移量。

2.幅值工作方式

给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以相位相同、频率相同但幅值不同的励磁电压，即

其中，u_sm、ucm幅值分别为

式中，θ₁为电气给定角。

当滑尺移动时，定尺上的感应电压为

当Δθ很小时，定尺上的感应电压可近似表示为

又因为则

式中，ΔX为滑尺位移增量。

从式8-6可以看出，当位移增量ΔX很小时，感应电压的幅值和ΔX成正比，因此，可以通过测量u_d的幅值来测定位移量ΔX的大小。