感应同步器及其应用：理解与运用

感应同步器是一种新颖的数字位置检测元件，具有精度高、抗干扰能力强、工作可靠、对工作环境要求低、维护方便、寿命长、制造工艺简单等优点，被广泛应用于自动化测量和控制系统中。

1.感应同步器的结构和类型

感应同步器分为直线式和旋转式（圆盘式）两种基本类型，直线式用于测量直线位移，旋转式用于测量角位移，它们的基本工作原理是相同的。直线式感应同步器有标准型、窄型和带型几种形式，标准型感应同步器是其中精度最高的一种，使用也最广泛。感应同步器是由可以相对移动的滑尺和定尺（对于直线式）或转子和定子（对于旋转式）组成，它们的截面结构如图6-24所示。

图6-24 直线式感应同步器的截面结构及绕组图形

a）滑尺 b）定尺 c）定尺绕组与滑尺绕组的对应关系 1—基板 2—绝缘层 3—导片 4—耐腐绝缘层 5—绝缘黏合剂 6—铝箔

典型的直线式感应同步器的定尺长度为250mm，分布着周期W为2mm的连续绕组，滑尺长度为100mm，分布着交替排列的两个绕组-正弦绕组和余弦绕组，它们的周期相等，相位差为90°，即位置上相差W/4的距离。

2.感应同步器的工作原理

将感应同步器的定尺与滑尺面对面地安装在一起，并使两者之间留有约0.25mm的间隙。在定尺绕组上加上激励电流i,j=I_msinωt，于是滑尺绕组中便产生感应电动势，其值为，

式中 K为定尺绕组与滑尺绕组的耦合系数，它与许多因素有关，这里值得指出的是，它还与两绕组的相对位置有关。

图6-25为感应同步器的工作原理图。其中，图6-25a的A点处滑尺中的余弦绕组与定尺绕组重合，耦合系数K_C最大，而正弦绕组正好跨在定尺绕组上，通过正弦绕组的磁力线左右各半，方向相反，相互抵消，耦合系数K_S为零。图6-25a的B点处滑尺向右移动W/4，则K_C为零，K_S为最大。图6-25a的C点处滑尺向右移至W/2处，余弦绕组与定尺反向重合，K_C为反向最大，正弦绕组又跨在定尺绕组上，K_S为零。同理，图6-25a的D点处K_C为零，K_S为反向最大。图6-25a的E点处又重复到A点处位置。从以上分析可画出图6-25b所示的正余弦绕组耦合系数与相对位置的关系曲线，其表达式，

式中，K₀为最大耦合系数；x为位移量W为绕组的周期。(www.xing528.com)

图6-25 感应同步器的工作原理图

a）定尺与滑尺的相对位置 b）正余弦绕组的耦合系数与相对位置的关系

将式（6-9）代入式（6-8）可得正余弦绕组感应电动势为

式中 E_m=K₀U_mω_Ω。

利用专门设计的电路，对感应电动势进行适当处理，就可以把位移量x检测出来。

与磁栅传感器相同，对感应同步器的输出信号也可采用不同的处理方式，从励磁形式来说一般可分为两大类，一类是以滑尺（或定子）励磁，由定尺（或转子）取出感应电动势，另一类则相反，目前较多采用的是前一类激励形式。依信号处理方式而言，一般可分为鉴相型、鉴幅型和脉冲调宽型三种，而脉冲调宽型本质上也是一种鉴幅型信号处理方式。

3.感应同步器在数控机床闭环系统中的应用

随着机床自动化程度的提高，机床控制技术已发展到CNC（计算机数控）、MNC（微机数控）、DNC（直接数控，也称群控）、FMs（柔性制造系统）等阶段。这些控制系统的发展，也离不开精确的位移检测元件。感应同步器已成为数控机床闭环系统中最重要的位移检测元件之一，受到国内外的普遍重视。

图6-26所示为鉴幅型滑尺励磁定位控制的原理框图，由输入装置产生指令脉冲给可逆计数器，经译码、D−A转换、放大后送执行机构驱动滑尺。由数显表函数变压器输出幅值为Usinφ和Ucosφ的余弦信号分别励磁滑尺的正弦、余弦绕组，定尺输出幅值为U_msin(φ-θ_S)的信号到数显表，计下与θ_S同步时的φ，并向可逆计数器发出脉冲。如果可逆计数器不为零，执行机构就一直驱动滑尺，数显表不断计数并发出减脉冲送可逆计数器，直到滑尺他带有机械结构的技改项目中，调试过程可能更复杂。读者可更多地上网查阅有关的资料，扩大自己的知识面。

图6-26 鉴幅型滑尺励磁定位控制的原理框图