角度与角位移测量传感器

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1、实用传感器技术教程2021/8/41光电编码器1.2第5章角度与角位移测量传感器感应同步器5.15.2自整角机5.4角度与角位移测量传感器性能比较5.5旋转变压器1.25.32021/8/42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。2021/8/435.1感应同步器感应同步器是一种电磁感应式多级位置

2、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。2021/8/445.1.1感应同步器结构与工作原理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

3、和滑尺。2021/8/45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。5.1.1感应同步器结构与工作原理2021/8/465.1.1感应同步器结构与工作原理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

4、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。2021/8/47定尺绕组中感应电势的变化2021/8/483.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

5、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。2021/8/493.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

6、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。2021/8/4103.电气参数及特点图5-3感应同步器向量图可见，感应同步器的阻抗主要是电阻，阻抗的绝对值也很小，一般在几欧姆到几十欧姆。对于感应同步器，只需要测量两个阻抗：定子开路阻抗Zs和转子开路阻抗Zr,实际上，感应同步器的运行相当于开路状态。2021/8/4113.电气参数及特点（3）励磁电压感应同步器的励磁电压一般都较低，大约为零点几伏

7、至几伏。因为绕组导体截面很小，励磁电流一般为0.1～0.5A。励磁电源频率一般为2～10kHz。（4）输出电压由于感应同步器转子和定子之间的气隙很大，初、次级两边的耦合相当松。通常以输出最大电压U2m和电压传送比VTR表征输出电压的大小。由于感应同步器转子和定子之间的耦合较松，所以最大输出电压U2m通常在几毫伏到十几毫伏之间。感应同步器在规定间隙条件下，激磁电压的基波分量与最大空载输出地基波分量之比称为电压传送比。它变化范围很大，通常在几十到几百之间。2021/8/4123.电气参数及特点（5）零位及零位电压感应同

8、步器的零位定义为：两相绕组单相激磁，连续绕组输出，或者连续绕组激磁，两相绕组输出时，其输出电压的基波同相分量为零时，两相绕组和连续绕组之间的相对位置。感应同步器处于零位时的输出电压称为零位电压。2021/8/4135.1.2感应同步器信号处理对感应同步器的信号处理，根据工作要求和精度的不同有鉴相型、鉴幅型、幅相型等。下面介绍鉴相型和鉴幅型两种方法。1.鉴相型