感应同步器的工作原理及应用

    应同步器与旋转变压器一样，是利用电磁耦合原理，将位移或转角转化成电信号的位置检测装置。实质上，感应同步器是多极旋转变压器的展开形式。感应同步器按其运动形式和结构形式的不同，可分为旋转式（或称圆盘式）和直线式两种。前者用来检测转角位移，用于精密转台，各种回转伺服系统；后者用来检测直线位移，用于大型和精密机床的自动定位，位移数字显示和数控系统中，两者工作原理和工作方式相同。

（一）感应同步器的结构与工作原理

直线式感应同步器的结构如图4-10所示。感应同步器由定子和滑尺两部分组成。定尺和滑尺通常以优质碳素钢作为基体，一般选用导磁材料，其膨胀系数尽量与所安装的主基体相近。定尺与滑尺平行安装，且保持一定间隙。定尺表面制有连续平面绕组（在基体上用绝缘的粘合剂贴上铜箔，用光刻或化学腐蚀方法制成方形开口平面绕组）；在滑尺的绕组周围常贴一层铝箔，防止静电干扰，滑尺上制有两组分段绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组，，这两段绕组相对于定尺绕组在空间错开1/4的节距，节距用2τ表示，安装时定尺组件与滑尺组件安装在机床的不动和移动部件上，例如工作台和床身，滑尺安装在机床上，并自然接地。工作时，当在滑尺两个绕组中的任一绕组加上激励电压时，由于电磁感应，在定尺绕组中会感应出相同频率的感应电压，通过对感应电压的测量，可以精确的测量出位移量。

图4-10  直线式感应同步器的结构原理

图4-11所示为滑尺在不同位置时定尺上的感应电压。在a点时，定尺与滑尺绕组重合，这时感应电压最大；当滑尺相对于定尺平行移动后，感应电压逐渐减少，在错开1/4节距的b点

图4-11  感应同步器的工作原理

时，感应电压为零；继续移至1/2

节距的c点时，得到的电压值与a点

相同，但极性相反；在3/4节距时

达到d点，又变为零；再移动一

个节距到e点，电压幅值与a点相

同。这样，滑尺在移动一个节距

的过程中，感应电压变化了一个

余弦波形。由此可见，在励磁绕

组中加上一定的交变励磁电压，

感应绕组中会感应出相同频率的感应电压，其幅值大小随着滑尺移动作余弦规律变化。滑尺移动一个节距，感应电压变化一个周期。感应同步器就是利用感应电压的变化进行位置检测的。

（二）感应同步器的应用

与旋转变压器一样，有鉴相式和鉴幅式两种工作方式，原理亦相同。

（三）感应同步器的特点

 （1）精度高。因为定尺的节距误差有平均自补偿作用，所以尺子本身的精度能做得较高。直线感应同步器对机床位移的测量是直接测量，不经过任何机械传动装置，测量精度主要取决于尺子的精度。感应同步器的灵敏度（或称分辨率），取决于一个周期进行电气细分的程度，灵敏度的提高受到电子细分电路中信噪比的限制，只要对线路进行精心设计和采取严密的抗干扰措施，可以把电噪声减到很低，并获得很高的稳定性。

（2）测量长度不受限制。当测量长度大于250㎜时，可以采用多块定尺接长，相邻定尺间隔可用块规或激光测长仪进行调整，使总长度上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，大多数采用直线式感应同步器来实现。

（3）对环境的适应较高。因为感应同步器金属基板和床身铸铁的热胀系数相近，当温度变化时，还能获得较高的重复精度，另外，感应同步器是非接触式的空间耦合器件，所以对尺面防护要求低，而且可选择耐温性能良好的非导磁性涂料作保护层，加强感应同步器的抗温防湿能力。

（4）维护简单，寿命长。感应同步器的定尺和滑尺互不接触，因此无任何摩擦，磨损，使用寿命长，且无须担心元件老化等问题。

（5）抗干扰能力强，工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。