傳感器與檢測技術(shù)課件第二章感應(yīng)同步器

1、第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 感應(yīng)同步器是利用感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理將將線位移線位移和和角位移角位移轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電信號電信號的一種裝置。的一種裝置。 根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為直線式直線式和和旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式兩種，分兩種，分別用于測量別用于測量線位移線位移和和角位移角位移。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 sin cos 節(jié)距定尺滑尺三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理

2、感應(yīng)同步器有一個固定繞組和一個可動繞組。繞組采用腐蝕的感應(yīng)同步器有一個固定繞組和一個可動繞組。繞組采用腐蝕的方法在印制電路板上制成，故稱印制電路繞組。方法在印制電路板上制成，故稱印制電路繞組。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 感應(yīng)同步器是利用感應(yīng)同步器是利用勵磁繞組勵磁繞組與與感應(yīng)繞組感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組感應(yīng)繞組中的中的感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓隨隨位移位移的變的變化而變化，借以進行位移量的檢測?；兓枰赃M行位移量的檢測。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原

3、理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器滑尺滑尺上的繞組是上的繞組是勵磁繞組勵磁繞組，定尺定尺上的繞組是上的繞組是感感應(yīng)繞組應(yīng)繞組。 定尺固定在床身上，滑尺則安裝在機床的移動部件上。通定尺固定在床身上，滑尺則安裝在機床的移動部件上。通過對感應(yīng)電壓的測量，可以精確地測量出位移量。過對感應(yīng)電壓的測量，可以精確地測量出位移量。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢移動距離移動距離U0USUS定尺定尺滑尺滑尺WW/4正弦繞組正弦繞組A

4、A余弦繞組余弦繞組B B在勵磁繞組上加上一定的交變勵磁電壓，定尺繞組中就產(chǎn)生在勵磁繞組上加上一定的交變勵磁電壓，定尺繞組中就產(chǎn)生相同頻率的感應(yīng)電動勢，其幅值大小隨滑尺移動呈余弦規(guī)律相同頻率的感應(yīng)電動勢，其幅值大小隨滑尺移動呈余弦規(guī)律變化?；咭苿右粋€節(jié)距，感應(yīng)電動勢變化一個周期。變化。滑尺移動一個節(jié)距，感應(yīng)電動勢變化一個周期。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 當(dāng)當(dāng)滑尺滑尺相對相對定尺定尺移動時，滑尺與定尺的移動時，滑尺與定尺的相對位置相對位置發(fā)生變化，發(fā)生變化，改變了通過改變了通過定尺繞

5、組的磁通定尺繞組的磁通，從而改變了，從而改變了定尺繞組中輸出定尺繞組中輸出的感應(yīng)電動勢的感應(yīng)電動勢E。 E的變化反映了定、滑尺間的相對位移，實現(xiàn)了位移至電的變化反映了定、滑尺間的相對位移，實現(xiàn)了位移至電量的變換。量的變換。 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理實際測試時，感應(yīng)同步器一般與數(shù)顯表共同組成一個位實際測試時，感應(yīng)同步器一般與數(shù)顯表共同組成一個位移測試系統(tǒng)。根據(jù)對滑尺的正、余弦繞組供給勵磁電壓移測試系統(tǒng)。根據(jù)對滑尺的正、余弦繞組供給勵磁電壓方式的不同，又分為鑒相和鑒幅測試系統(tǒng)。方式的不同，又分為鑒相和鑒幅測試系統(tǒng)。鑒相型：通過鑒相型：通過檢測

6、感應(yīng)電動勢的相位檢測感應(yīng)電動勢的相位測量位移測量位移鑒幅型：通過鑒幅型：通過檢測感應(yīng)電動勢的幅值檢測感應(yīng)電動勢的幅值測量位移測量位移第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相型鑒相型滑尺正、余旋繞組上同時加入同頻、等幅、相位相差滑尺正、余旋繞組上同時加入同頻、等幅、相位相差9090的激勵電壓的激勵電壓 時，感應(yīng)同步器的磁路可視時，感應(yīng)同步器的磁路可視為線性的，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺繞組上的為線性的，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺繞組上的總感應(yīng)電壓為：總感應(yīng)電壓為：sin()SCixEEEkUtcoscost tsinsint和Ut

7、和UU Ui ii iK-與感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)有關(guān)的電磁耦合系數(shù)；與感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)有關(guān)的電磁耦合系數(shù)；x-相位角，相位角，W-定尺節(jié)距（定尺節(jié)距（m）xWx2第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 滑尺與定尺相對位移量滑尺與定尺相對位移量x的求?。旱那笕。?W:2= x:x x=Wx/2結(jié)論：相對位移量結(jié)論：相對位移量 x 與與 相位角相位角x 呈線性關(guān)系，呈線性關(guān)系，只要能測出相位角只要能測出相位角x，就可求得位移量，就可求得位移量 x 。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相型鑒相型第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相式

8、測量電路工作原理鑒相式測量電路工作原理脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖序列，經(jīng)脈沖相位變換器進行脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖序列，經(jīng)脈沖相位變換器進行分頻，輸出參考信號方波和指令信號方波。分頻，輸出參考信號方波和指令信號方波。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 指令信號方波使勵磁供電線路產(chǎn)生振幅、頻率相同而相位指令信號方波使勵磁供電線路產(chǎn)生振幅、頻率相同而相位差差9090 的正弦信號電壓的正弦信號電壓U Ui isinsin t t和余弦信號電壓和余弦信號電壓U Ui icoscos t t，供給感應(yīng)同步器滑尺或定尺的供給感應(yīng)同步器滑尺或定尺的A A、B B繞組。繞組。三

9、、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相式測量電路工作原理鑒相式測量電路工作原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 定尺上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢定尺上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E E，經(jīng)放大整形后變?yōu)榉讲ǎ⒑?，?jīng)放大整形后變?yōu)榉讲ǎ⒑蛥⒖夹盘柗讲ㄋ腿腓b相器。參考信號方波送入鑒相器。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相式測量電路工作原理鑒相式測量電路工作原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 鑒相器的輸出是感應(yīng)電動勢信號與參考信號的相位差，即鑒相器的輸出是感應(yīng)電動勢信號與參考信號的相位差，即相位相位x，且反映出它的正負。相位信號和高頻脈沖信號一，且反映出它的正負。相位信號和

10、高頻脈沖信號一起進入與門電路，當(dāng)相位信號起進入與門電路，當(dāng)相位信號x存在時，門打開，允許高存在時，門打開，允許高頻時間脈沖信號通過；當(dāng)相位信號頻時間脈沖信號通過；當(dāng)相位信號x不存在時，門關(guān)閉。不存在時，門關(guān)閉。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相式測量電路工作原理鑒相式測量電路工作原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 這樣，門輸出的信號脈沖數(shù)與相角這樣，門輸出的信號脈沖數(shù)與相角x x成正比。該脈沖進成正比。該脈沖進入可逆計數(shù)器計數(shù)，并由譯碼和顯示器顯示數(shù)字。通過門入可逆計數(shù)器計數(shù)，并由譯碼和顯示器顯示數(shù)字。通過門電路的信號脈沖還送到脈沖相位變換器中，使參考信號跟電路的信

11、號脈沖還送到脈沖相位變換器中，使參考信號跟隨感應(yīng)電動勢的相位。隨感應(yīng)電動勢的相位。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒相式測量電路工作原理鑒相式測量電路工作原理第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 根據(jù)感應(yīng)電動勢根據(jù)感應(yīng)電動勢E的幅值鑒別位移量的幅值鑒別位移量x的大小的大小三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒幅型鑒幅型第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 根據(jù)感應(yīng)電動勢根據(jù)感應(yīng)電動勢E的幅值鑒別位移量的幅值鑒別位移量x的大小的大小 滑尺正、余弦繞組通入的激勵電壓同頻、同相，但幅值不滑尺正、余弦繞組通入的激勵電壓同頻、同相，但幅值不同。同。三、感應(yīng)同步器三、感

12、應(yīng)同步器鑒幅型鑒幅型第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 當(dāng)正、余弦繞組上施加的激勵電壓為當(dāng)正、余弦繞組上施加的激勵電壓為 和和 時，時， 定尺上的感應(yīng)電動勢為定尺上的感應(yīng)電動勢為E。在滑尺偏離初始位置。在滑尺偏離初始位置 x位移后，位移后，其感應(yīng)電動勢為其感應(yīng)電動勢為iAsinUtiBcosUt2coscosmEkUxtAtW2mAkUxW三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器鑒幅型鑒幅型第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器2.2.感應(yīng)同步器測位移的特點感應(yīng)同步器測位移的特點具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電

13、具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應(yīng)路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)減小了局部誤差的影響。減小了局部誤差的影響?？垢蓴_能力強。感應(yīng)同步器在一個節(jié)距內(nèi)是一個絕對測量抗干擾能力強。感應(yīng)同步器在一個節(jié)距內(nèi)是一個絕對測量裝置，在任何時間內(nèi)都可以給出僅與位置相對應(yīng)的單值電壓信裝置，在任何時間內(nèi)都可以給出僅與位置相對應(yīng)的單值電壓信號，因而瞬時作用的偶然干擾信號在其消失后不再有影響。平號，因而瞬時作用的偶然干擾信號在其消

14、失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 使用壽命長，維護簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不使用壽命長，維護簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、灰塵和沖擊振動的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設(shè)防護灰塵和沖擊振動的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設(shè)防護罩，防止鐵屑進入其氣隙。罩，防止鐵屑進入其氣隙。三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器2.2.感應(yīng)同步器測位移的特點感應(yīng)同步器測位移的特點可以

15、作長距離位移測量。可以根據(jù)測量長度的需要，將若可以作長距離位移測量。可以根據(jù)測量長度的需要，將若干根定尺拼接。拼接后總長度的精度可保持（或稍低于）單干根定尺拼接。拼接后總長度的精度可保持（或稍低于）單個定尺的精度。目前幾米到幾十米的大型機床工作臺位移的個定尺的精度。目前幾米到幾十米的大型機床工作臺位移的直線測量，大多采用感應(yīng)同步器來實現(xiàn)。直線測量，大多采用感應(yīng)同步器來實現(xiàn)。工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 例題例題感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器定尺上的感應(yīng)電動勢為：定尺上的感應(yīng)電動勢為：其中其中W

16、0.2mm若若E=10sin(100t+0.96 )，求此時測得的位移求此時測得的位移l2siniEU kltW第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器四、激光式位移傳感器四、激光式位移傳感器 由由激光器激光器、光學(xué)元件光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的激光測量系統(tǒng)構(gòu)成的激光測量系統(tǒng) 將被測將被測位移量位移量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電信號電信號。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器四、激光式位移傳感器四、激光式位移傳感器 激光檢測有精度高、測量范圍大、測試時間短、非接觸、激光檢

17、測有精度高、測量范圍大、測試時間短、非接觸、易數(shù)字化、效率高等優(yōu)點。易數(shù)字化、效率高等優(yōu)點。 激光干涉測長技術(shù)，目前已廣泛地應(yīng)用于精密長度測量，激光干涉測長技術(shù)，目前已廣泛地應(yīng)用于精密長度測量，如磁尺、感應(yīng)同步器、光柵的檢定；精密機床位移檢測與如磁尺、感應(yīng)同步器、光柵的檢定；精密機床位移檢測與校正；集成電路制作中的精密定位等。校正；集成電路制作中的精密定位等。第二章 位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器四、激光式位移傳感器四、激光式位移傳感器 常用的激光干涉測長傳感器分為常用的激光干涉測長傳感器分為單頻激光干涉?zhèn)鞲衅鲉晤l激光干涉?zhèn)鞲衅骱秃碗p雙頻激光干涉?zhèn)鞲衅黝l激光干涉?zhèn)鞲衅?。第二?位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器四、激光式位移傳感器四、激光式位移傳感器（1）單頻激光干涉?zhèn)鞲衅鲉晤l激光干涉?zhèn)鞲衅鞯诙?位移檢測傳感器第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 大位移傳感器大位移傳感器四、激光式位移傳感器四、激光式位移傳感器（1）單頻激光干涉?zhèn)鞲衅鲉晤l激光干涉?zhèn)鞲衅?單頻激光干涉測長傳感器的精度高，分辨力高，測量單頻激光干涉測長傳感器的精度高