直線式感應同步器

直線式感應同步器第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應同步器的結(jié)構(gòu)第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應同步器利用兩個平面形印刷繞組，其間保持均勻氣隙作相對平行移動，根據(jù)交變磁場和互感原理而工作的。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六W2片寬a2間隔b2定尺為連續(xù)繞組，節(jié)距W2＝2(a2＋b2)，其中a2為導電片寬，b2為片間間隙，定尺節(jié)距即為檢測周期W，常取W2＝2mm。滑尺為分段繞組，分為正弦和余弦繞組兩部分,兩繞組的節(jié)距都為W1＝2(a1＋b1)，一般取W1＝W2或W1＝2W2/3。2＇121＇l1W1a1b1第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六0.15~0.35mm節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距（0.5mm）直線式感應同步器的安裝結(jié)構(gòu)：二尺與導軌平行sincos定尺（連續(xù)感應繞組）：固定在機床的固定部件滑尺（分段勵磁繞組：正弦+余弦）：固定在移動部件滑尺上有正弦和余弦勵磁繞組，在空間位置上相差1/4節(jié)距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六若滑尺繞組加勵磁電壓，則由于電磁感應而在定尺繞組上產(chǎn)生感應電壓，其大小取決于滑尺與定尺的相對位置。直線式感應同步器的工作原理2ττ/2E定尺正弦繞組滑尺余弦繞組VsVci1i2（當正弦繞組與定尺繞組對齊時，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。）第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六當滑尺處于A位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對應重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則定尺上的感應電壓最大。隨著滑尺相對定尺做平行移動，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應電壓逐漸減小。當滑尺移到圖中B點位置，與定尺繞組剛好錯開1/4節(jié)距時，感應電壓為零。當只給滑尺上正弦繞組加勵磁電壓時，定尺感應電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如圖所示第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六再移動至1/2節(jié)距處，即圖中C點位置時，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應電壓最大，但極性相反。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點位置時，感應電壓又變?yōu)榱?，當移動一個節(jié)距位置如圖中E點，又恢復到初始狀態(tài)，與A點相同。在定尺移動一個節(jié)距的過程中，感應電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個周期，如圖中ABCDE。第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六距離U第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六若勵磁電壓

u＝Umsinωt則定尺繞組產(chǎn)生的感應電勢e

e＝kUmcosθcosωt式中Um—勵磁電壓幅值(V)

ω—勵磁電壓角頻率(rad/s)k—電磁耦合系數(shù)，與繞組間最大互感系數(shù)有關(guān)；

θ—滑尺繞組相對定尺繞組在空間的電氣相位角；kUm

—為感應電壓的幅值。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應同步器的信號處理原理滑尺正弦繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的定尺繞組上的感應電壓為：

Uos=KUScosθ1滑尺余弦繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應電壓為：

Uoc=KUccos（θ1+π/2）

=－KUcsinθ1第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六滑尺正、余旋繞組上同時加激磁電壓Us、Uc時，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺繞組上的總感應電壓為：

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1K—電磁感應系數(shù)

θ1—定尺繞組上的感應電壓的相位角第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六感應同步器就是利用感應電勢的變化，來檢測在一個節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對式測量。設(shè)滑尺繞組的節(jié)距為2τ，它對應的感應電勢按余弦函數(shù)規(guī)律將變化2π。若滑尺的移動距離為x，則對應于感應電勢以余弦函數(shù)將變化θ：根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測系統(tǒng)——-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六直線式感應同步器的應用方式1）鑒相工作方式

根據(jù)感應輸出電壓的相位來檢測位移量供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、幅值相同，相位相差90°的交流勵磁電壓

Us＝UmsinωtUc=Um（sinωt+π/2）=Umcosωt當滑尺移動x距離時，則定尺上的感應電壓為

Ud1＝kUscosθ＝kUmsinωtcosθUd2＝kUccos（θ＋π/2）＝－kUmcosωtsinθ第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六應用疊加原理得出定尺繞組中的感應電壓為Ud=Ud1＋Ud2＝kUmsin（ωt－θ）通過鑒別定尺感應輸出電壓的相位，即可測量定尺和滑尺之間的相對位移。Um—勵磁電壓幅值(V)

ω—勵磁電壓角頻率(rad/s)k—電磁耦合系數(shù)，與繞組間最大互感系數(shù)有關(guān)；

θ—滑尺繞組相對定尺繞組在空間的電氣相位角；kUm—為感應電壓的幅值。例：感應電勢與勵磁電壓相位差θ=1.8°，節(jié)距W=2mm，由θ=2πx/Wx=0.01mm第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六2）鑒幅工作方式

根據(jù)定尺輸出的感應電勢的振幅變化來檢測位移量。給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以為同頻率、同相位，但不同幅值，即

Us＝UmsinαsinωtUc＝Umcosαsinωt式中α—勵磁電壓的給定為電氣角.分別勵磁時，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應電勢分別為：

Uds＝kUmsinαcosωtcosθUdc＝kUmcosαcos(θ＋π/2)cosωt＝－kUmcosαcosωtsinθ第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應電勢Ud為

Ud＝Ud

s＋Udc＝kUmsinαcosθcosωt－kUmcosαsinθcosωt

＝kUmsin（α－θ）sinωt

定尺繞組中的感應電壓Ud的幅值為

Umsin（α－θ）若電氣角α已知，則只要測量出Ud的幅值，便可間接地求出θ值，從而求出被測位移x的大小。當定尺繞組中的感應電壓Ud＝0時，α＝θ，只要逐漸改變α值，使Ud＝0，便可求出θ值，從而求出被測位移x。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六令，當很小，，式（6-10）可近似表示為Ud≈Um

sinωt

將式代入上式得當位移量Δx很小時，感應電壓Ud的幅值與Δx成正比，因此可以通過測量Ud的幅值來測定位移