文档介绍：实用传感器技术教程
2017/6/27
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光电编码器

第5章角度与角位移测量传感器
感应同步器

自整角机

角度与角位移测量传感器性能比较

旋转变压器

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角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分,在国民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用。如:飞机、舰船、火箭、飞船常用惯性导航仪表来保证航行方向角的准确性;弹道式导弹的发射需要掌握发射点和落点的方位角;火炮以对其垂直角和水平角的控制,保证命中目标。
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感应同步器
感应同步器是一种电磁感应式多级位置传感器,它的工作原理是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而发生变化。由于它的多级结构,能够在电与磁两方面对误差起到补偿作用,所以感应同步器具有很高的精度。由于测量对象的不同,感应同步器根据它不同的运动方式,可以分为圆感应同步器和长感应同步器。圆感应同步器用于检测角度和角位移,长感应同步器用来检测直线位移。
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1. 感应同步器结构
旋转式感应同步器和直线式感应同步器在结构上都由两部分构成,即固定部分和运动部分。旋转式感应同步器构成部分称为定子和转子,直线式感应同步器称为定尺和滑尺。
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如图5-1所示,它由定尺和滑尺组成。定尺为连续绕组,定尺两相邻导片间的间距称为节距,用字母τ表示,二倍节距称为一个周期。因此,对于电角度来说,τ相当于180º。滑尺是分段绕组,两段绕组分别为正弦绕组us,余弦绕组uc,正弦绕组和余弦绕组之间错开90º相角,即相差1/4周期。

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2. 感应同步器工作原理
感应同步器的工作原理是基于电磁感应现象,当激磁绕组用一定频率的正弦电压激磁时,将产生同频率的交变磁通,感应绕组与这个交变磁通耦合,便产生同频率的交变电势。这个电势的幅值与激磁频率、耦合长度、激磁电流、两绕组间隙、两绕组的相对位置等多因素有关。
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定尺绕组中感应电势的变化
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3. 电气参数及特点
(1)精度
精度是根据基本误差的大小确定的。感应同步器的基本误差包括零位误差和电气误差两种。由于感应同步器是线性感应元件,它的磁路和电路都不会饱和,因此,无论是连续绕组励磁,还是分段绕组励滋,其误差部是一样。
按照误差产生的原因来说,可分成三大类:原理性误差、工艺性误差和条件性误差。原理性误差是由于设计的不完善而固有的,例如谐波磁场和谐波磁动势的存在而产生的误差。工艺性误差是由于工艺不完善、产生的几何尺寸精度不够导致的误差,例如刻线不准,表面不平、不均匀等等。条件性误差是由于测试或运行时外界条件不当而引起的。
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3. 电气参数及特点
(2)阻抗
图5-3(a)所示为感应同步器的等效电路。由于感应同步器磁路基板的磁导率很低,几乎和空气的磁导率一样,整个磁路的磁导率很小,因此在通常的激磁信号频率f=2~10kHz的频率范围内,绕组的感抗远小于电阻,大约感抗只有电阻的2%。这样,初级励磁电压绝大部分都落在电阻上,用来产生电动势的仅是很小的一部分。因而,初级励磁电流与次级电流近乎同相,而次级输出电动势和初级励磁电压的相位移角度几乎相差90º。感应同步器中各向量之间的关系如图5-3(b)所示。
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