感應同步器的信號處理

感應同步器有兩種激勵方式：一種是滑尺（或定子）激磁，從定尺（或轉子）繞組取出感應電勢；另一種是定尺（或轉子）激磁，從滑尺（或定子）繞組取出感應電勢。實用中通常采用第一種激勵方式。
由感應同步器的工作原理可知，感應同步器的輸出信號是一個能反映定尺和滑尺相對位移的交變感應電勢，當激磁頻率恒定時，可用幅值和相位兩個參量來描述交變感應電勢的特征，因此，感應同步器的輸出信號處理方法有鑒相法、鑒幅法、脈沖調寬法等。
1.鑒相法
　　所謂鑒相法就是根據感應電勢的相位來鑒別位移量的信號處理方式。在滑尺的正弦和余弦兩個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
　　　（12.2.4）
此時定尺輸出的總感應電勢為

　　?。?2.2.5）
式中——定尺繞組感應電勢的幅值；
θ——位移相位角，。
上式是鑒相法的理論依據。由此可知，定尺的感應電勢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位移x，故可通過感應電勢e的相位來測量機械位移。
　　感應同步器相當于一個調相器，將感應電勢e輸入到數字鑒相電路，即可由相位變化測出位移。AD2S90是美國AD公司生產的鑒相式感應同步器信號處理的專用集成芯片，它具有成本低、功耗小、功能多、所需外圍元件少等優點。該芯片采用差動輸入，并以鑒相的方式完成對感應同步器輸出信號的數字轉換，圖12.2.6示出AD2S90與感應同步器的連接。
　　AD2S90采用定尺激磁工作方式，由正弦波發生器和功率放大電路產生的一個大約10kHz的正弦波信號作為感應同步器定尺的激磁信號。隨著滑尺的運動，滑尺上兩個獨立繞組感應輸出的兩個正弦波信號將被滑尺位置對應的機械角度θ所調相。這兩個信號和正弦波發生器的參考正弦信號一起被送入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轉換成數字信號，此信號由串行數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。

圖12.2.6 AD2S90與感應同步器的連接

2．鑒幅法
　　所謂鑒幅法就是根據感應電勢的幅值來鑒別位移量的信號處理方式。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電壓，即
　　　　　　　　?。?2.2.6）
利用函數變壓器使激勵電壓的幅值滿足
　　　　　　　　　（12.2.7）
式中——激磁電壓幅值；
——激勵電壓的相位角。
于是定尺繞組輸出的總感應電勢為

　　　　　　?。?2.2.8）
式中——感應電勢的幅值；
θ——位移相位角，。
式（12.2.8）是鑒幅法的理論依據。由上式可知，感應電勢的幅值隨相位角θ（即位移x）而變化。此時，感應同步器相當于一個調幅器，將感應電勢e輸入到數字鑒幅電路，即可由幅值變化測量位移量。
3. 感應同步器的辯向和細分
　　感應同步器也可通過輸出信號的辨向和細分電路實現辨別位移方向和提高分辨率。辯向和細分電路與光柵數字傳感器的實現方法類似，這里不再贅述。