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高精度測角系統(tǒng)及編碼器 -- 圓感應(yīng)同步器
設(shè)備概述：
高精度測角系統(tǒng)及編碼器的傳感探頭是圓感應(yīng)同步器，圓感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)位置檢測元件，由定、轉(zhuǎn)子兩個分部件組成，通過定、轉(zhuǎn)子多極平面繞組的互感隨位置變化的電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)高精度角度測量。圓感應(yīng)同步器是一種以金屬為基體的傳感元件，從而使得基于它的整個測角系統(tǒng)具有極高的可靠性，基于圓感應(yīng)同步器的高精度測角系統(tǒng)的特性主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
（1）測角精度高，可達(dá)到±3″（峰峰值6″）。
（2）對溫度的影響不敏感，可在-40°~+85°的溫度范圍內(nèi)工作，
其中傳感器探頭部分可承受不低于-55°~+100°的工作溫度。
（3）耐強(qiáng)沖擊，振動。
（4）耐真空，可在1×10-3Pa的真空環(huán)境下正常工作。
（5）耐油、液體、灰塵、污垢、鹽霧等。
鑒于圓感應(yīng)同步器的諸多優(yōu)點(diǎn)，基于它的測角系統(tǒng)在國外歷來為軍方角度傳感器的首選，尤其在美、日、歐等發(fā)達(dá)國家的航空航天領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。世界聞名的哈勃望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部就采用了圓感應(yīng)同步器作為角度傳感元件。
基于圓感應(yīng)同步器的高精度測角系統(tǒng)及編碼器可廣泛應(yīng)用在如下領(lǐng)域：
回轉(zhuǎn)工作臺、各類機(jī)床設(shè)備、慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺、電機(jī)、天文望遠(yuǎn)鏡、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等。
設(shè)備結(jié)構(gòu)：
一、測角系統(tǒng)
測角統(tǒng)包括傳感探頭以及處理電路（含測角盒與前放盒）兩個部件，傳感探頭即圓感應(yīng)同步器，其基體為鋁材，又包括定子、轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子安置在固定位置上，轉(zhuǎn)子安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，通過轉(zhuǎn)子與定子的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動所引起的電磁信號變化進(jìn)行角度的測量。
測角系統(tǒng)工作時，輸出代表角度值的RS422串口信號（或A、B、Z相脈沖信號），傳感器每周有一個機(jī)械絕對零位（選擇RS1或ZS1觸發(fā)通信模式即可實(shí)現(xiàn)此功能）。
主要性能指標(biāo)：
（1）測角精度：±3″~±15″（峰峰值6″~30″）
（2）轉(zhuǎn)角范圍：360°連續(xù)
（3）工作溫度：0℃~50℃（C級）；-20℃~55℃（I級）
1.1系統(tǒng)組成
圖1.1測角系統(tǒng)組成圖
1.2產(chǎn)品使用說明及參數(shù)規(guī)格表
1、傳感器探頭；2、線纜L1；3、線纜L2；
4、前放盒；5、線纜L3；6、測角盒；
7、線纜L4。（1~7各部件在測角系統(tǒng)中的分布可見圖1.1）
（1）傳感探頭分為兩部分：定子和轉(zhuǎn)子，其中定子安裝在固定臺體上，轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，傳感探頭的信號輸出端在定子上，
激勵端根據(jù)具體傳感探頭型號可在轉(zhuǎn)子上，也可在定子上。
（2）傳感探頭上的激勵端通過線纜L1與前放盒連接；傳感探頭上的信號輸出端通過線纜L2與前放盒連接。
（3）前放盒通過線纜L3與測角盒連接，測角盒引出線纜L4（電源）及DB15通信端子。
客戶端的電源線纜L4及DB15通信端子接線定義如下：
表1.1電源線纜L4接線定義表
|
插頭號 |
信號 |
說明 |
|
1 |
V+ |
輸入電源正端9~36V（<600mA） |
|
2 |
V- |
輸入電源負(fù)端 |
表1.2 DB15通信端子接線定義表
|
插頭號 |
RS通信模式（RS422） |
ZS通信模式(三相脈沖) | ||
|
信號 |
說明 |
信號 |
說明 | |
|
1 |
T422- |
數(shù)據(jù)-（RS422格式） |
A- |
A相負(fù)脈沖 |
|
2 |
T422+ |
數(shù)據(jù)+（RS422格式） |
A+ |
A相正脈沖 |
|
3 |
CLOCK- |
外同步接收脈沖- |
B- |
B相負(fù)脈沖 |
|
4 |
CLOCK+ |
外同步接收脈沖+ |
B+ |
B相正脈沖 |
|
5 |
NC |
空 |
Z- |
Z相負(fù)脈沖 |
|
6 |
NC |
空 |
Z+ |
Z相正脈沖 |
|
7~13 |
NC |
空 |
NC |
空 |
|
14 |
SIN |
SIN信號 |
SIN |
SIN信號 |
|
15 |
AGND |
信號參考地 |
AGND |
信號參考地 |
注：（1）串口輸出線應(yīng)自制，其中T422-、T422+、CLOCK-、CLOCK+（或A-、A+、
B-、B+、Z-、Z+）要用雙絞屏蔽線（屏蔽層接外殼），輸出線中不要引出SIN信號
（14腳）和AGND信號（15腳）。
（2）CLOCK-、CLOCK+屬于一對差分信號，其電平信號與RS422/485兼容。
（3）SIN信號(14腳)與信號參考地（15腳）作為測試引腳，便于用戶監(jiān)測當(dāng)前模擬信號；
表1.3傳感探頭型號及精度一覽表（型號前有×表示為無刷型；無×表示為轉(zhuǎn)子出線型）
|
型號 |
定子（mm） |
轉(zhuǎn)子(mm) |
氣隙(mm) |
精度等級 （A1/A2） | |||||||||
|
DS |
LS |
dS |
GS |
HS |
DR |
LR |
dR |
GR |
HR |
h | |||
|
T2 |
58 |
52 |
20 |
2.5 |
5 |
42 |
15 |
8 |
2.5 |
5 |
0.15~0.22 |
±10″（峰峰值20″） /±15″（峰峰值30″） | |
|
T3 |
78 |
70 |
26 |
3.5 |
5 |
58 |
18 |
12 |
3.5 |
5 |
0.15~0.22 |
±7″/ ±10″ | |
|
T4 |
100 |
92 |
36 |
3.5 |
6 |
80 |
30 |
24 |
3 |
6 |
0.15~0.22 |
±6″/±8″ | |
|
T6 |
156 |
148 |
68 |
3.5 |
10 |
133 |
58 |
48 |
3.5 |
10 |
0.15~0.22 |
±4″/±6″ | |
|
×T6 |
150 |
140 |
56 |
3.5 |
10 |
126.5 |
51 |
42 |
3.5 |
10 |
0.15~0.22 |
±4″/±6″ | |
|
T7 |
180 |
168 |
76 |
5.5 |
10 |
151 |
65 |
54 |
5.5 |
10 |
0.18~0.25 |
±3″/±5″ | |
|
×T7A |
180 |
168 |
76 |
5.5 |
10 |
151 |
65 |
54 |
5.5 |
10 |
0.16~0.23 |
±4″/±6″ | |
|
×T7B |
180 |
168 |
56 |
5.5 |
10 |
151 |
50 |
42 |
4.5 |
10 |
0.16~0.23 |
±3″/±5″ | |
|
T9 |
224 |
210 |
106 |
5.5 |
10 |
191 |
90 |
76 |
5.5 |
10 |
0.18~0.25 |
±3″/±5″ | |
|
×T9 |
224 |
213 |
96 |
5.5 |
10 |
195 |
80 |
66 |
5.5 |
10 |
0.18~0.25 |
±3″/±5″ | |
|
T12C |
302 |
287 |
140 |
6.5 |
12 |
264 |
125 |
110 |
6.5 |
2 |
0.2~0.3 |
±3″/±5″ | |
|
×T12C |
302 |
287 |
140 |
6.5 |
12 |
264 |
125 |
110 |
6.5 |
12 |
0.2~0.3 |
±3″/±5″ | |
|
×T22 |
546 |
534 |
416 |
7（12個） |
3 |
510 |
402 |
386 |
7（12個） |
23 |
0.25~0.4 |
±5″/±7″ | |
|
×T31 |
774 |
762 |
642 |
7（12個） |
25 |
743 |
624 |
608 |
7（12個） |
25 |
0.3~0.45 |
±6″/±10″ | |
表1.4測角系統(tǒng)性能參數(shù)表
|
型號 |
精度等級 |
觸發(fā)通信模式 |
溫度等級 | ||||
|
見 表 1.3 |
RS422格式（波特率：115.2Kbps） |
A、B、Z三相脈沖格式 |
C級: 0℃~+50℃ I級: -20℃~+55℃ | ||||
|
觸發(fā) 模式 |
RS1模式 |
RS2模式 |
ZS1模式 |
ZS2模式 | |||
|
系統(tǒng)開機(jī)顯示370.XXXX度，并累加計數(shù)，直到用戶軸按逆(或順)時針旋轉(zhuǎn)直至觸發(fā)絕對零點(diǎn)，隨后系統(tǒng)整度數(shù)值為0，此時開始正常顯示角度值。 |
系統(tǒng)內(nèi)部屏蔽絕對零點(diǎn)功能，開機(jī)系統(tǒng)即顯示當(dāng)前角度值。 |
開機(jī)A、B相脈沖不進(jìn)行計數(shù)，直到用戶軸按逆(或順)時針旋轉(zhuǎn)直至觸發(fā)絕對零點(diǎn)，系統(tǒng)輸出一個Z相脈沖后正常進(jìn)行A、B相脈沖計數(shù)。 |
系統(tǒng)內(nèi)部屏蔽絕對零點(diǎn)功能，不輸出Z相脈沖，開機(jī)系統(tǒng)即可 進(jìn)行A、B相脈沖計數(shù)。 | ||||
|
通信模式 |
（1）通過R422口捕捉用戶發(fā)來的外同步脈沖信號，當(dāng)捕捉到上升沿之后通過T422口發(fā)送一幀角度數(shù)據(jù)。 （2）T422口發(fā)出的一幀角度數(shù)據(jù)的格式為：1位停止位，1位起始位，其一幀數(shù)據(jù)為五個字節(jié)，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送時間約500us（115.2kbps）。第一個字節(jié)為起始字節(jié)，中間三個字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)，第五個字節(jié)為校驗(yàn)字節(jié)。 第一個字節(jié)：FF（表示數(shù)據(jù)開始傳輸）； 第二個字節(jié)：角度數(shù)據(jù)的1~8位（低位在前、 高位在后） 第三個字節(jié)：角度數(shù)據(jù)的第9~16位（低位在前、高位在后） 第四個字節(jié)：角度數(shù)據(jù)的第17~24位（低位在前、高位在后）。 第五個字節(jié)：和校驗(yàn)（之前三個數(shù)據(jù)字節(jié)之和取低8位） 數(shù)據(jù)內(nèi)容定義：24位數(shù)據(jù)的1~10位為當(dāng)前角度的整度數(shù)值，11~24位為當(dāng)前角度的小數(shù)值。 | ||||||
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