U0 定尺
正弦绕组
Us
Uc
滑尺 余弦绕组
图5-1 直线感应同步器结构
三、感应同步器的特点及使用注意事项
由于感应同步器具有一系列优点，所以广泛用于位置检测 （1）精度高。感应同步器系直接对机床位移进行测量，中 间不经过任何机械转换装置，测量精度只受本身精度的 限制。 （2）可拼接成各种需要的长度。根据测量长度的需要，采 用多块定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整。 （3）对环境的适应性强。直线式感应同步器金属基尺与安 装部件的材料的膨胀系数相近，当温度变化时，二者的 变化规律相同，而不影响测量精度。 （4）使用寿命长。由于办应同步器定尺和滑尺之间没有直 接接触，因而没有磨损，所以寿命长。 （5）注意安装间隙。
第三节 旋转变压器
旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组 成。 旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中 定子绕组接受励磁电压。转子绕组通过电磁耦合得到感应 电压，其输出电压大小与转子位置有关。
旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测 量工作台的位移。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，抗干扰能力强，工 作可靠，其精度能满足一般检测要求，因此广泛应用于数 控机床。
（二） 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增 量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则 每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装 置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点， 而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误， 以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由 固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量 值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对 应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显 然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进 制位数也愈多，结构就愈复杂。
二、位置检测装置的分类
（一）数字式测量和模拟式测量 1. 数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为电 脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。如 光栅位置检测装置。数字式测量特点：被测的量转换为 脉冲个数便与显示和处理；测量精度取决于测量单位， 与量程基本无关。测量装置简单，信号抗干扰能力强。 2. 模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、 相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。 测量特点：直接测量被测的量，无需变换。在小量程内 实现较高精度的测量。如用旋转变压器和感应同步器
（三）直接测量和间接测量 1.直接测量 直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来 直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位 置反馈信号，从而构成位置闭环控制。其优点是准确性 高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长， 所以在大型数控机床上受到一定限制。 2. 间接测量 它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上， 通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线 位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。 优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加 了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响 了测量精度。
图5-15 光电式脉冲编码器结构示意图
思考题
1、数控机床对位置检测装置的要求有哪些？ 2、位置检测装置可按哪些方式分类？ 3、分析感应同步器与旋转变压器的结构特点。 4、旋转变压器作为位置检测元件，有哪两种应用 方法 5、叙述鉴相方式和鉴幅方式工作的感应同步器的 工作原理。签相型和签幅型感应同步器对滑尺的正 余弦绕组的激磁电压各有何要求？ 6、试述绝对值编码器和光电式脉冲编码器的工作 原理。为什么绝对式码盘一般采用葛莱码而不采用 二进制码？
第四节 光栅
光栅是数控机床和数显系统常用的测量元件，可用作 位移或转角的检测，且测量输出的信号为数字脉冲，是 数控闭环系统用得较多的一种检测装置 光栅位置检测装置的特点 1、测量精度高。由于光栅的刻线可以制作十分精确，同 时莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用，栅距误差对测 量精度影响较小；也可以采用倍频的方法来提高分辨精 度。 2、精度保持时间长。因标尺光栅和指示光栅不直接接触， 没有磨损，因而精度可以长时间保持。 3、制造困难。光栅刻线要求很精确，两光栅之间的间隙 及倾角都要求保持不变，故制造困难。光学系统易受外 界的影响产生误差。对工作环境要求也较高。

第二节 感应同步器
一、结构与工作原理
感应同步器为电磁式检测装置，属模拟式测量，其输
出电压随被测直线位移或角位移而改变。 感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两 种：直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移 测量。
旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测
量。 以直线式感应同步器为例，介绍其结构和工作原理。
第七章 位置检测装置 第一节 概述 一、位置检测装置的要求
位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、 半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度， 并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。 闭环控制的数控机床的加工精度主要取决于检测系 统的精度 数控机床对位置检测装置的要求如下： （1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境； （4） 成本低。
图5-8 光栅测量系统
第四节 脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角 变成电脉冲，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。 脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。 绝对式编码器与增量式编码器相比有哪些特点 1、坐标值从绝对编码盘中直接读出，不会有累计误差 2、运转速度可以提高。 3、编码器本身具有机械式存储功能，因停电或其它原 因造成坐标值清除，通电后仍能找到原绝对坐标。 4、当进给转速大于一转，需要作特别处理。
7、莫尔条纹特性有哪些？ 8、光栅位移—数字变换电路包括哪些环节？如何提高 它的分辨率？ 9、已知一光栅尺的栅距为0.02mm，标尺光栅与 指示光栅间的夹角为0.057，求莫尔条纹的宽度?