【文章內(nèi)容簡介】 位置檢測裝置 光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。光電盤與工作軸連在一起 ，光電盤轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)過一個縫隙就發(fā)生一次光線的明暗變化，光電元件把通過光電盤和圓盤射來的忽明忽暗的光信號轉(zhuǎn)換為近似正弦波的電信號，經(jīng)過整形、放大、和微分處理后，輸出脈沖信號。通過記錄脈沖的數(shù)目，就可以測出轉(zhuǎn)角。測出脈沖的變化率，即單位時間脈沖的數(shù)目，就可以求出速度。 光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號處理電路等組成（如圖）。 第 5章 位置檢測裝置 電流 A B 節(jié)距 ωt A1 B1 900 圖 515 脈沖編碼器輸出波形 為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的兩個窄縫距離彼此錯開 1/4節(jié)距，使兩個光電元件輸出信號相位差 900。如圖 515所示，A、 B信號為具有 900相位差的正弦波，經(jīng)放大和整形變?yōu)榉讲?A B1。 設(shè) A相比 B相超前時為正方向旋轉(zhuǎn)，則 B相超前 A相就是負方向旋轉(zhuǎn)，利用 A相與 B相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。此外，在光電盤的里圈不透光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋，用以產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一個的零位脈沖信號，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個脈沖。 第 5章 位置檢測裝置 圖 512為辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖。脈沖編碼器輸出的交變信號 A, ,B ， 經(jīng)過差分驅(qū)動和差分接收進入 CNC裝置，再經(jīng)過整形放大電路變成二個方波系列 A1, B1。將 A1 和它的反向信號 ā1 微分（上升沿微分）后得到 和 脈沖系列，作為加、減計數(shù)脈沖。 B1路方波信號被用作加、減計數(shù)脈沖的控制信號，正走時（ A超前 B），由 Y2門輸出加計數(shù)脈沖，此時 Y1門輸出為低電平（圖 516）；反走時（ B超前 A），由 Y1門輸出減計數(shù)脈沖，此時 Y2門輸出為低電平。這種讀數(shù)方式每次反映的都是相對于上一次讀數(shù)的增量，而不能反映轉(zhuǎn)軸在空間的絕對位置，所以是增量讀數(shù)法。 1A??1A差 分 整形放大 Y1 微 分 差 分 整形放大 Y2 微 分 AA1A1A?1A1BBB?1A圖 512 辨向環(huán)節(jié)框圖 加計數(shù) 減計數(shù) 計數(shù)器 BA第 5章 位置檢測裝置 圖 512 辨向環(huán)節(jié)波形圖 1A1B1A?1A?1A1B1A?1B1A?2Y1Y第 5章 位置檢測裝置 光電脈沖編碼器用于數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)（圖 513）的工作原理 放大環(huán)節(jié) 指令信號 比較器 伺服電機 反饋信號 工作臺 圖 513 數(shù)字比較伺服系統(tǒng) 第 5章 位置檢測裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器 結(jié)構(gòu)與工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是輸出電壓信號與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的控制微電機 , 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓，只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)變壓器通過測量電動機或被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺的位移。 旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。 第 5章 位置檢測裝置 如圖 514所示，單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，假設(shè)加到定子繞組的勵磁電壓為，則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 tUU m ?s in1 ? tUUm ?s in1 ?tUU m ?s in1 ? 圖 514 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理 第 5章 位置檢測裝置 ??? co ss i nco s12 tKVKUU m??tKVV m ?s i n2 ?式中 K— 變壓比（即繞組匝數(shù)比）； Vm— 勵磁信號的幅值； ω — 勵磁信號角頻率； θ — 旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。 轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為 兩磁軸平行，此時轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即 第 5章 位置檢測裝置 實際使用時通常采用多極形式，如正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子均由兩個匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞組構(gòu)成， ?? s i nco s2 cs ???? ＝轉(zhuǎn)子輸出電壓則為 ?? s i nco s2 cs KUKUU ??如圖所示。一個轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補償，另一個轉(zhuǎn)子繞組作為輸出，應(yīng)用疊加原理，其磁通為 圖 515 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理 Us 定子 Uc 轉(zhuǎn)子 θ 第 5章 位置檢測裝置 應(yīng)用 兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。 1 . 鑒相工作方式 給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差 900的交流勵磁電壓，即 )si n (si nc o sc o ssi n2??????????tKUtKUtKUUmmm 這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，電壓的代數(shù)和： (52) 第 5章 位置檢測裝置 )s in (2 ?? ?? tKUU m 由式 (52)和 (53)可見，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，這樣，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和被測軸連接在一起，所以，被測軸的角位移就知道了 。 (53) 假如，轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得 第 5章 位置檢測裝置 tUUtUUmcms????si nc o ssi nsi n???? s i nco s2 cs KUKUU ??tKVtKVmm????????s i n)s i n ()s i nco sco s( s i ns i n????2. 鑒幅工作方式 給定子的兩個繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓，即 式中 α— 激磁繞組中的電氣角。 Umsinα , Umcosα 為定子兩繞組激磁信號的幅值 則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為 (53) 第 5章 位置檢測裝置 tKVV m ??? s i n)co s (2 ??同理，如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得 (54) 由式 (53)和 (54)可見，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。 如果將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機床的滾珠絲杠上，當角從 00到 3600時，絲杠上的螺母帶動工作臺移動了一個導程，間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過的行程時，可加一個計數(shù)器，累計所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，折算成位移總長度。 雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器是將兩種不同極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器合為一體的組合電機，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周中，副端輸出周期數(shù)不同的兩種正旋波電壓信號，構(gòu)成粗、精雙通道系統(tǒng)。主要用于高精度同步隨動系統(tǒng)和軸角編碼系統(tǒng)作為角度傳感元件。 第 5章 位置檢測裝置 感應(yīng)同步器 結(jié)構(gòu)與工作原理 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。 感應(yīng)同步