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高精度測角系統(tǒng)及編碼器 -- 圓感應同步器
設備概述：
高精度測角系統(tǒng)及編碼器的傳感探頭是圓感應同步器，圓感應同步器是一種電磁感應位置檢測元件，由定、轉子兩個分部件組成，通過定、轉子多極平面繞組的互感隨位置變化的電磁感應原理實現(xiàn)高精度角度測量。圓感應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。
鑒于圓感應同步器的諸多優(yōu)點，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)達國家的航空航天領域被廣泛應用。世界聞名的哈勃望遠鏡內部就采用了圓感應同步器作為角度傳感元件。
基于圓感應同步器的高精度測角系統(tǒng)及編碼器可廣泛應用在如下領域：
回轉工作臺、各類機床設備、慣導測試轉臺、電機、天文望遠鏡、慣性導航系統(tǒng)等。
設備結構：
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，傳感探頭即圓感應同步器，其基體為鋁材，又包括定子、轉子兩部分，其中定子安置在固定位置上，轉子安裝在旋轉軸上，通過轉子與定子的相對旋轉運動所引起的電磁信號變化進行角度的測量。
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械絕對零位（選擇RS1或ZS1觸發(fā)通信模式即可實現(xiàn)此功能）。
主要性能指標：
（1）測角精度：±3″~±15″（峰峰值6″~30″）
（2）轉角范圍：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：定子和轉子，其中定子安裝在固定臺體上，轉子安裝在轉軸上，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相負脈沖 |
|
4 |
CLOCK+ |
外同步接收脈沖+ |
B+ |
B相正脈沖 |
|
5 |
NC |
空 |
Z- |
Z相負脈沖 |
|
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×表示為轉子出線型）
|
型號 |
定子（mm） |
轉子(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)開機顯示370.XXXX度，并累加計數(shù)，直到用戶軸按逆(或順)時針旋轉直至觸發(fā)絕對零點，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)內部屏蔽絕對零點功能，開機系統(tǒng)即顯示當前角度值。 |
開機A、B相脈沖不進行計數(shù)，直到用戶軸按逆(或順)時針旋轉直至觸發(fā)絕對零點，系統(tǒng)輸出一個Z相脈沖后正常進行A、B相脈沖計數(shù)。 |
系統(tǒng)內部屏蔽絕對零點功能，不輸出Z相脈沖，開機系統(tǒng)即可 進行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（之前三個數(shù)據(jù)字節(jié)之和取低8位） 數(shù)據(jù)內容定義：24位數(shù)據(jù)的1~10位為當前角度的整度數(shù)值，11~24位為當前角度的小數(shù)值。 | ||||||
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