【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3． 碼盤式檢測(cè)裝置 4． 旋轉(zhuǎn)變壓器 5． 磁柵式位移檢測(cè)裝置 感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面印刷電路繞組的 電磁耦合 原理，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)件的直線位移或角位移的傳感器。 1) 感應(yīng)同步器 直線式感應(yīng)同步器 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器 1）感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)同步器由兩部分組成：定尺和滑尺（直線式）或定子和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)式）。直線式感應(yīng)同步器的截面結(jié)構(gòu)，如圖 412所示。 1) 位置檢測(cè)器 機(jī)械類基準(zhǔn)元件 如絲桿螺母副、多齒分度盤 光學(xué)類基準(zhǔn)元件，如光柵、激光器等 電磁感應(yīng)類基準(zhǔn)元件、磁柵、感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)（ 2） 定尺和滑尺的基體通常用鑄鐵或鋼板制成，基體上粘有經(jīng)照像腐蝕工藝制成的方齒形平面繞組（圖 413），然后在繞組表面噴涂一層絕緣保護(hù)層。為了防止靜電感應(yīng)，滑尺的表面還貼有屏蔽層。 圖 413所示，定尺的平面繞組是節(jié)距為2mm單相均勻連續(xù)繞組，滑尺是具有兩個(gè)繞組的短尺，其節(jié)距也是 2mm，但是 A、 B兩繞組的位置相對(duì)于定尺繞組錯(cuò)開 1/4節(jié)距 。一般稱 A繞組為正弦組，B繞組為余弦繞組。使用定尺安裝在固定的部件上，滑尺安裝在定尺平行，并保持有一定間隙（約 177。 ）的移動(dòng)部件上。 感應(yīng)同步器工作原理 c ossse k U ?? sincce k U ??? 感應(yīng)同步器的定尺和滑尺按要求安裝好后，如果對(duì)滑尺上 A、 B兩繞組通入 交流信號(hào)電源 （設(shè)正弦繞組激磁電壓為 US；余弦繞組激磁電壓為 UC）激磁。由于 電磁感應(yīng) （互感），它們就會(huì)分別在定尺繞組上產(chǎn)生與激磁電勢(shì)同頻率的交變感應(yīng)電壓 es、 ec。當(dāng)滑尺相對(duì)于定尺移動(dòng)時(shí)，則定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)將隨滑尺位置變化而發(fā)生 周期性 變化。若以正弦繞組為例，設(shè)該繞組的激磁電壓為 US，則當(dāng)滑尺相對(duì)于定尺在空間移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，定尺繞組上將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) es，且按余弦函數(shù)規(guī)律變化（圖 415），如寫成數(shù)學(xué)式： （ 415） 式中 es—— 定尺繞組感應(yīng)電勢(shì)； US—— 滑尺正弦繞組激磁電壓； k—— 定尺與滑尺上繞組的電磁耦合系數(shù)； θ——滑尺相以定尺平等位移的相位角 同理，若只對(duì)余弦繞組激磁時(shí)，定尺繞組中感應(yīng)電勢(shì) ec按下述數(shù)學(xué)式變化 （ 416） 當(dāng)同時(shí)給滑尺上二繞組激磁（ US、 UC）時(shí)，則根據(jù)疊加原理，定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)是分別感應(yīng)電勢(shì)的代數(shù)和（ e= es + ec）。據(jù)此就可以求出滑尺的位移。 2 xW??＝x—— 位移量； W—— 繞組節(jié)距； 感應(yīng)同步器工作方式（ 1） 按對(duì)激磁繞組供電電壓的形式 鑒相型工作方式 鑒幅型工作方式 si nc ossmcmU U tU U t??????? ? ?si n c os c os si n2si n si ns c m mmme e e k U t k U txk U t k U tW? ? ? ??? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????1）鑒相型工作方式 這是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì) 相位 檢測(cè)位移量的工作方式。 在滑尺的兩繞組上分別通入 頻率、振幅 相同，而相位差 π/2的激磁電壓 （ 417） 定尺繞組上合成感應(yīng)電勢(shì)為 （ 418） 由式（ 418）可知，定尺感應(yīng)電勢(shì)相位與滑尺位移量 x有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，據(jù)此式就可求得滑尺位移 x值。 感應(yīng)同步器工作方式（ 2） sin sinsmU U t??? c os sincm t2si n si ns c mxe e e k U t W??? ??? ? ? ?????這是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)振幅變化來檢測(cè)位移量的工作方式。 在滑尺的兩個(gè)繞組上，分別通入相應(yīng)和頻率一致、而 幅值 分別按正弦和余弦 變化 的正弦交變電壓： 式中， ф為合磁場(chǎng)的相位角。 同理，可推出定尺上繞組合成感應(yīng)電勢(shì)為 （ 419） 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合： 感應(yīng)同步器具有較高的檢測(cè)精度和分辨能力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、工藝性好、制造成本低，對(duì)使用環(huán)境無特殊要求。故廣泛用于生產(chǎn)中檢測(cè)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等方面。 2）鑒幅型工作方式 計(jì)量光柵分類 光柵檢測(cè)原理 透射式光柵位稱檢測(cè)裝置原理如圖 418所示 ， 它由 光柵尺 、 光學(xué)元件 及 數(shù)顯裝置 組成 。 當(dāng)標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋方向不平行 ， 相互傾斜一個(gè)很小交角 θ時(shí) ， 光線就會(huì)透過兩個(gè)光柵尺 ， 形成明暗相間的 粗條莫爾條紋 ， 其方向與光柵刻線相垂直 ， 如圖 419所示 。 若兩個(gè)光柵尺相對(duì)位移一個(gè)柵距 W， 莫爾條紋也移動(dòng)一個(gè)條紋間距 B，則光電元件輸出信號(hào)也就變化一個(gè)周期 ， 最后由數(shù)字顯示儀顯示出光柵尺 （ 運(yùn)動(dòng)件 ）的準(zhǔn)確位移 。 若兩個(gè)光柵尺柵距均為 W， 莫爾條紋間距 B與 W的關(guān)系為： si nWWB ????式中， θ為兩個(gè)柵尺刻線的交角。 圓光柵檢測(cè)原理 圓光柵的莫爾條紋根據(jù)光柵線紋方向（徑向或切向）不同而異。 徑向圓光柵為圓弧形莫爾條紋 ， 切向 圓光柵為 環(huán)形莫爾條紋，如圖 420所示。根據(jù)莫爾條紋與光柵線紋移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，當(dāng)標(biāo)尺光柵（主光柵）移動(dòng)一個(gè)柵距，光電元件檢測(cè)到的莫爾條紋變化一個(gè)周期 2π，其輸出是近似正弦波形的電壓信號(hào)。 為了辨別主光柵運(yùn)動(dòng)方向，把兩個(gè)光電元件 1和 2分別放在間隔為 1/4個(gè)莫爾條紋間距 的地方，如圖 421所示。根據(jù)兩個(gè)光電元件接收到莫爾條紋信號(hào)不同（正弦波電信號(hào)相應(yīng)位差 1/4周期），即利用兩個(gè)輸出信號(hào)的相位超前或滯后就可辨明主光柵運(yùn)動(dòng)方向。 光柵讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)形式 利用光柵檢測(cè)的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會(huì)聚透鏡、指示光柵、光電元件、必要的光欄及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。 光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)型式很多 ， 根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為 直接接收式 讀數(shù)頭（ 或稱硅光電池讀數(shù)頭 ） 、 鏡象式 讀數(shù)頭 、 分光鏡式 讀數(shù)頭 、 金屬光柵反射式 讀數(shù)頭 。 圖 422所示是直接接收式讀數(shù)頭結(jié)構(gòu) ， 這類讀數(shù)頭應(yīng)用最廣 。 圖 423所示是鏡象式讀數(shù)頭原理 ， 它是利用裝在內(nèi)部的透鏡 反射鏡系統(tǒng) ， 形成標(biāo)尺光柵象來代替指示光柵 ，這樣可避免因標(biāo)尺光柵與指示光柵之間的間隙過小而擦傷尺面 。 由于光柵檢測(cè)裝置個(gè)有檢測(cè)精度高、分辨率高、適宜大量程及動(dòng)態(tài)檢測(cè)的特點(diǎn)，所以多用于精密的自動(dòng)檢測(cè)及控制設(shè)備上。 (三米絲桿測(cè)量裝置） 碼盤式檢測(cè)裝置 碼盤是一種 按角度 直接編碼的 角位移檢測(cè)裝置 。 它與測(cè)量中間過程無關(guān) ， 具有抗干擾能力強(qiáng) ， 可靠性高的優(yōu)點(diǎn) 。 碼盤所用的碼制有 二進(jìn)制碼 、 循環(huán)碼 、 十進(jìn)制碼 等 。 四位的二進(jìn)制碼盤和循環(huán)制碼盤圖案如圖 424所示 。 最外圈碼道代表最低位 （20位 ） ， 最內(nèi)圈碼道代表最高位 （ 圖示為 23位 ） 。 光電式碼盤是以透光和不透光分別代表 “ 1” 和 “ 0” 。 由圖可見 ， 若對(duì)應(yīng)每一位用光敏元件檢測(cè)出光信號(hào) ， 就可讀出轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值 。 當(dāng)使用的二進(jìn)制碼盤存在制造誤差和光電元件安裝位置誤差時(shí) ，將會(huì)造成非單值性誤差 ， 使用循環(huán)制碼盤 ， 就可使誤差限制在最低位的一位數(shù) 。 由于碼盤具有 自數(shù)字顯示 及控制系統(tǒng)常用的重要部件 。 碼盤的結(jié)構(gòu)型式也有多種： 光電式、電磁式、接觸式 等。 旋轉(zhuǎn)變壓器 特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)變壓器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 對(duì) 環(huán)境要求低 ， 抗干擾能力 強(qiáng) ， 較適合工業(yè)機(jī)器人 、數(shù)控機(jī)床等使用 。 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似 ， 由 定子和轉(zhuǎn)子 組成 。 定子繞組為變壓器原邊 ， 轉(zhuǎn)子繞組為變壓器副邊 ， 激磁電壓加到原邊 。 當(dāng)激磁電壓加到原邊繞組時(shí) ， 通過電磁耦合 ， 副邊繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 。 因旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊繞組裝在轉(zhuǎn)子上 ， 因此隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ， 其副邊繞組輸出的 電勢(shì) 就和 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定的函數(shù)關(guān)系 ， 而普通變壓器卻是常數(shù) 。 圖 425所示是旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 。 當(dāng) α=0時(shí) ， 兩繞組軸線重合 ， 由定子繞組建立的磁場(chǎng) ， 其磁力線全部穿過轉(zhuǎn)子繞組 ， 感應(yīng)電勢(shì)最大；當(dāng) α=177。 π/2時(shí) ， 轉(zhuǎn)子繞組中沒有磁力線通過 ， 感應(yīng)電勢(shì)為零 。 以 α=90176。 為轉(zhuǎn)子初始位置 ， 則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 θ時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)為： 1 sin sin sinme nU nU t? ? ???（ 420） 式中 n—— 變壓比； U1—— 定子激磁電壓， U1= Um sinωt Um—— 定子激磁電壓的幅值； ω——激磁電壓的角頻率。 磁柵式位移檢測(cè)裝置 磁柵檢測(cè)裝置是由 磁柵、磁頭 組成。磁柵是記錄有確定波長(zhǎng)的矩形或正弦波磁信號(hào)的非磁性長(zhǎng)尺（或圓盤）。磁頭是檢測(cè)磁柵上磁信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)二者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以檢測(cè)出位移量的電信號(hào)。 （ 1） 動(dòng)態(tài)磁頭： 也稱為速度響應(yīng)式磁頭 ， 如圖 426所示 ， 磁頭上僅有 一組繞組 ， 所以只能是當(dāng)磁頭與磁柵相以運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出 。 輸出電壓在 N極 處為正的 最大值 ， 在 S