感應(yīng)同步器的信號(hào)處理

感應(yīng)同步器有兩種激勵(lì)方式：一種是滑尺（或定子）激磁，從定尺（或轉(zhuǎn)子）繞組取出感應(yīng)電勢(shì)；另一種是定尺（或轉(zhuǎn)子）激磁，從滑尺（或定子）繞組取出感應(yīng)電勢(shì)。實(shí)用中通常采用第一種激勵(lì)方式。
由感應(yīng)同步器的工作原理可知，感應(yīng)同步器的輸出信號(hào)是一個(gè)能反映定尺和滑尺相對(duì)位移的交變感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)激磁頻率恒定時(shí)，可用幅值和相位兩個(gè)參量來(lái)描述交變感應(yīng)電勢(shì)的特征，因此，感應(yīng)同步器的輸出信號(hào)處理方法有鑒相法、鑒幅法、脈沖調(diào)寬法等。
1.鑒相法
　　所謂鑒相法就是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)鑒別位移量的信號(hào)處理方式。在滑尺的正弦和余弦兩個(gè)繞組上分別施加頻率和幅值相同、但相位相差90°的正弦激磁電壓，即
　　?。?2.2.4）
此時(shí)定尺輸出的總感應(yīng)電勢(shì)為

　　　（12.2.5）
式中——定尺繞組感應(yīng)電勢(shì)的幅值；
θ——位移相位角，。
上式是鑒相法的理論依據(jù)。由此可知，定尺的感應(yīng)電勢(shì)e與正弦繞組激磁電壓Us的相位差θ正比于定尺與滑尺的相對(duì)位移x，故可通過(guò)感應(yīng)電勢(shì)e的相位來(lái)測(cè)量機(jī)械位移。
　　感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)調(diào)相器，將感應(yīng)電勢(shì)e輸入到數(shù)字鑒相電路，即可由相位變化測(cè)出位移。AD2S90是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的鑒相式感應(yīng)同步器信號(hào)處理的專(zhuān)用集成芯片，它具有成本低、功耗小、功能多、所需外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)。該芯片采用差動(dòng)輸入，并以鑒相的方式完成對(duì)感應(yīng)同步器輸出信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換，圖12.2.6示出AD2S90與感應(yīng)同步器的連接。
　　AD2S90采用定尺激磁工作方式，由正弦波發(fā)生器和功率放大電路產(chǎn)生的一個(gè)大約10kHz的正弦波信號(hào)作為感應(yīng)同步器定尺的激磁信號(hào)。隨著滑尺的運(yùn)動(dòng)，滑尺上兩個(gè)獨(dú)立繞組感應(yīng)輸出的兩個(gè)正弦波信號(hào)將被滑尺位置對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度θ所調(diào)相。這兩個(gè)信號(hào)和正弦波發(fā)生器的參考正弦信號(hào)一起被送入AD2S90芯片的SIN、COS和REF端口，然后由AD2S90芯片以鑒相的方式將代表滑尺位置的角度θ轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)由串行數(shù)字端口輸出或增量編碼器端口輸出。此外AD2S90還可提供滑尺位移的速度和方向信號(hào)。

圖12.2.6 AD2S90與感應(yīng)同步器的連接

2．鑒幅法
　　所謂鑒幅法就是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的幅值來(lái)鑒別位移量的信號(hào)處理方式。在滑尺的正、余弦繞組上施加頻率和相位相同、但幅值不同的正弦激勵(lì)電壓，即
　　　　　　　　?。?2.2.6）
利用函數(shù)變壓器使激勵(lì)電壓的幅值滿足
　　　　　　　　　（12.2.7）
式中——激磁電壓幅值；
——激勵(lì)電壓的相位角。
于是定尺繞組輸出的總感應(yīng)電勢(shì)為

　　　　　　?。?2.2.8）
式中——感應(yīng)電勢(shì)的幅值；
θ——位移相位角，。
式（12.2.8）是鑒幅法的理論依據(jù)。由上式可知，感應(yīng)電勢(shì)的幅值隨相位角θ（即位移x）而變化。此時(shí)，感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)調(diào)幅器，將感應(yīng)電勢(shì)e輸入到數(shù)字鑒幅電路，即可由幅值變化測(cè)量位移量。
3. 感應(yīng)同步器的辯向和細(xì)分
　　感應(yīng)同步器也可通過(guò)輸出信號(hào)的辨向和細(xì)分電路實(shí)現(xiàn)辨別位移方向和提高分辨率。辯向和細(xì)分電路與光柵數(shù)字傳感器的實(shí)現(xiàn)方法類(lèi)似，這里不再贅述。