感应同步器的信号处理

感应同步器的信号处理

感应同步器有两种激励方式：一种是滑尺（或定子）激磁，从定尺（或转子）绕组取出感应电势；另一种是定尺（或转子）激磁，从滑尺（或定子）绕组取出感应电势。实用中通常采用第一种激励方式。
由感应同步器的工作原理可知，感应同步器的输出信号是一个能反映定尺和滑尺相对位移的交变感应电势，当激磁频率恒定时，可用幅值和相位两个参量来描述交变感应电势的特征，因此，感应同步器的输出信号处理方法有鉴相法、鉴幅法、脉冲调宽法等。
1.鉴相法
　　所谓鉴相法就是根据感应电势的相位来鉴别位移量的信号处理方式。在滑尺的正弦和余弦两个绕组上分别施加频率和幅值相同、但相位相差90°的正弦激磁电压，即
                                            　　　（12.2.4）
此时定尺输出的总感应电势为
               
                                          　　　（12.2.5）
式中——定尺绕组感应电势的幅值；
θ——位移相位角，。
上式是鉴相法的理论依据。由此可知，定尺的感应电势e与正弦绕组激磁电压Us的相位差θ正比于定尺与滑尺的相对位移x，故可通过感应电势e的相位来测量机械位移。
　　感应同步器相当于一个调相器，将感应电势e输入到数字鉴相电路，即可由相位变化测出位移。AD2S90是美国AD公司生产的鉴相式感应同步器信号处理的专用集成芯片，它具有成本低、功耗小、功能多、所需外围元件少等优点。该芯片采用差动输入，并以鉴相的方式完成对感应同步器输出信号的数字转换，图12.2.6示出AD2S90与感应同步器的连接。
　　AD2S90采用定尺激磁工作方式，由正弦波发生器和功率放大电路产生的一个大约10kHz的正弦波信号作为感应同步器定尺的激磁信号。随着滑尺的运动，滑尺上两个独立绕组感应输出的两个正弦波信号将被滑尺位置对应的机械角度θ所调相。这两个信号和正弦波发生器的参考正弦信号一起被送入AD2S90芯片的SIN、COS和REF端口，然后由AD2S90芯片以鉴相的方式将代表滑尺位置的角度θ转换成数字信号，此信号由串行数字端口输出或增量编码器端口输出。此外AD2S90还可提供滑尺位移的速度和方向信号。

图12.2.6  AD2S90与感应同步器的连接

2．鉴幅法
　　所谓鉴幅法就是根据感应电势的幅值来鉴别位移量的信号处理方式。在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值不同的正弦激励电压，即
                                           　　　　　　　　　 （12.2.6）
利用函数变压器使激励电压的幅值满足
                                           　　　　　　　　　（12.2.7）
式中——激磁电压幅值；
——激励电压的相位角。
于是定尺绕组输出的总感应电势为
         
                                      　　　　　　　（12.2.8）
式中——感应电势的幅值；
θ——位移相位角，。
式（12.2.8）是鉴幅法的理论依据。由上式可知，感应电势的幅值随相位角θ（即位移x）而变化。此时，感应同步器相当于一个调幅器，将感应电势e输入到数字鉴幅电路，即可由幅值变化测量位移量。
3. 感应同步器的辩向和细分
　　感应同步器也可通过输出信号的辨向和细分电路实现辨别位移方向和提高分辨率。辩向和细分电路与光栅数字传感器的实现方法类似，这里不再赘述。