高精度測角系統(tǒng)及編碼器 -- 圓感應(yīng)同步器【上海弘測】

上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 0 - 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） 耐強沖擊，振動。 （ 4） 耐真空，可在 110-3Pa 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，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、各類機床設(shè)備、慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺、電機、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) 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 1 - 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(biāo)： （ 1） 測角精度： 315（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。 （ 17 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。 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 2 - 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 936V（ 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 713 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） 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 3 - 表 1.4 測角系統(tǒng)性能參數(shù)表 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 0.150.22 10（峰峰值20） /15（峰峰值30） T3 78 70 26 3.5 5 58 18 12 3.5 5 0.150.22 7/ 10 T4 100 92 36 3.5 6 80 30 24 3 6 0.150.22 6/8 T6 156 148 68 3.5 10 133 58 48 3.5 10 0.150.22 4/6 T6 150 140 56 3.5 10 126.5 51 42 3.5 10 0.150.22 4/6 T7 180 168 76 5.5 10 151 65 54 5.5 10 0.180.25 3/5 T7A 180 168 76 5.5 10 151 65 54 5.5 10 0.160.23 4/6 T7B 180 168 56 5.5 10 151 50 42 4.5 10 0.160.23 3/5 T9 224 210 106 5.5 10 191 90 76 5.5 10 0.180.25 3/5 T9 224 213 96 5.5 10 195 80 66 5.5 10 0.180.25 3/5 T12C 302 287 140 6.5 12 264 125 110 6.5 2 0.20.3 3/5 T12C 302 287 140 6.5 12 264 125 110 6.5 12 0.20.3 3/5 T22 546 534 416 7（ 12個） 3 510 402 386 7（ 12個） 23 0.250.4 5/7 T31 774 762 642 7（ 12個） 25 743 624 608 7（ 12個） 25 0.30.45 6/10 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 4 - 注 :選擇 RS1 或 ZS1 觸發(fā)模式時，系統(tǒng)將具備絕對零位功能。 實現(xiàn)方式為在傳感器探頭的定子上放置 1 個光電開關(guān)，在轉(zhuǎn)子上放置 1 個遮 光片，每當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動遮光片經(jīng)過光電開關(guān)時將形成一次觸發(fā)，即以傳感器探頭就近光電開關(guān)的一個電氣零點為絕對零點開始計數(shù)，此絕對零點的重復(fù)性由傳感器探頭保證，可在 1以內(nèi)。 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(zhuǎn)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(nèi)部屏蔽絕對零點功能，開機系統(tǒng)即顯示當(dāng)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(zhuǎn)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(nèi)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(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 18位（低位在前、 高位在后） 第三個字節(jié)：角度數(shù)據(jù)的第916 位（低位在前、高位在后） 第四個字節(jié)：角度數(shù)據(jù)的第1724 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(nèi)容定義： 24 位數(shù)據(jù)的110 位為當(dāng)前角度的整度數(shù)值， 1124 位為當(dāng)前角度的小數(shù)值。 （ 1） A、 B相在 360范圍內(nèi)的脈沖數(shù)： 0368640P/R （ 2） Z 相在 360內(nèi)出現(xiàn)一次脈沖 , 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 5 - 1.3 選型示例 例： T7 A2 RS1 I L1(1) L2(1) L3(1.5) L4(1.5) 表示當(dāng)前選用的是 T7 型傳感器探頭，精度等級為 A2 級，觸發(fā)通 信模式為 RS1，溫度等級為 I，傳感器探頭到前放盒的激勵線纜 L1、信號輸出線纜 L2 的長度均為 1 米，前放盒到測角盒線纜 L3的長度為 1.5 米，測角盒引出的電源線纜 L4 的長度為 1.5 米。 注：在選型過程中，型號和精度等級參照表 1.3，觸發(fā)通信模式、溫度等級參照表 1.4，線纜L1 與線纜 L2 的標(biāo)配長度為 1 米；線纜 L3 與線纜 L4 的標(biāo)配長度為 1.5 米。 二、編碼器 YDK9 型編碼器的基體材料為鋁質(zhì)，軸為鋼質(zhì)，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)輸出代表角度值的 RS422 串口信號（或 A、 B、 Z 相脈沖信號），編碼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）。 2.1 系統(tǒng)組成 圖 2.1 YDK9 編碼器系統(tǒng)組成圖 2.2 產(chǎn)品使用說明及參數(shù)規(guī)格表 1、編碼器探頭； 2、線纜 L1； 3、測角盒； 4、線纜 L2。 （ 14 各部件在 YDK9 編碼器系統(tǒng)中的分布可見圖 2.1） 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 6 - （ 1） YDK9 編碼器系統(tǒng)分為兩部分：編碼器探頭和測角盒，其中編碼器探頭的旋轉(zhuǎn)軸 與用戶的轉(zhuǎn)軸配合，軸孔配合公差帶建議基軸制 H7/h6，編碼器的旋轉(zhuǎn)軸上端可采用雙螺母的方式將編碼器旋轉(zhuǎn)軸固定，以防軸向串動。編碼器探頭的彈性連接片與用戶固定面通過螺釘進行緊固連接，在螺釘未緊固時彈性連接片與用戶固定面的預(yù)緊力間隙建議為 0.20mm-0.35mm。 具體安裝要求見圖 2.1。 （ 2）編碼器探頭上的引出線纜 L1 與測角盒連接； （ 3）測角盒引出線纜 L2（電源線纜）及 DB15 通信端子。 客戶端的電源線纜 L2 及 DB15 通信端子接線定義如下： 表 2.1 電源線纜 L2 接線定義表 插頭號 信號 說明 1 V+ 輸入電源正端 936V（ 600mA） 2 V- 輸入電源負(fù)端 表 2.2 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 713 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+要對雙絞，輸出線中不要引出 SIN 信號。 （ 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 2.3 YDK9 編碼器特性表 YDK9 編碼器 精度等級 溫度等級 A1:3； A2:5； A3:10 C 級 :0 +50 ； I 級 :-20 +55 ； 2.3 選型示例 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 7 - 例： YDK9 A2 RS1 C L1(2) L2(1.5) 表示當(dāng)前選用的是 YDK9 型編碼器，精度等級為 A2 級，觸發(fā)通信模式為 RS1，溫度等級為 C級，編碼器到測角盒的線纜 L1 長度為 2 米、測角盒引出的電源線纜長度 L2 為 1.5 米。 注：在選型過程中，型號、精度等級及溫度等級參照表 2.3，觸發(fā)通信模式參照上節(jié)測角系統(tǒng)中的表 1.4，線纜 L1 的標(biāo)配長度為 2 米；線纜 L2 的標(biāo)配長度為 1.5 米。 分體式圓感應(yīng)同步器規(guī)格 型號 （增量式） 定 子（ mm） 轉(zhuǎn) 子 (mm) 氣隙(mm) 精度（ ） DS LS dS GS HS DR LR dR GR HR h 2/360 58 52 20 2.5 5 42 15 8 2.5 5 0.150.25 10 3/360 78 70 26 3.5 5 58 18 12 3.5 5 0.150.25 4 4/360 100 92 36 3.5 7 80 28 22 3.5 7 0.150.25 3 5/360 126 118 56 3.5 7 104.5 36 28 3.5 7 0.150.25 2 6/720 150 140 56 3.5 10 126.5 51 42 3.5 10 0.150.25 2 6/720 156 148 68 3.5 10 133 58 48 3.5 10 0.180.28 1.5 7/720 180 168 76 5.5 10 151 65 54 5.5 10 0.180.28 1/0.8 7/720A 180 168 76 5.5 10 151 65 54 5.5 10 0.180.25 1.2/1 7/720B 180 168 56 5.5 10 151 50 42 4.5 10 0.180.25 1/0.8 7/720C 178 170 65 3.5 10 156 55.5 48 3.5 10 0.180.25 1/0.8 8/720 203 191 96 5.5 10 172 80 66 5.5 10 0.2 0.3 1/0.8 9/720 224 210 106 5.5 10 195 90 76 5.5 10 0.2 0.3 1/0.8 9/720 224 213 96 5.5 10 195 80 66 5.5 10 0.2 0.3 1/0.8 上海弘測儀器 科技有限公司 Shanghai Honc Instrument Technology Co., Ltd 地址：上海市 康沈路 1761 號 Add： No.1761KangShen Road,Shanghai Contact： 孫彬 MPTELFAXE-mail: 高新 企業(yè) 軍工 品質(zhì) - 8 - 10/720 250 238 96 5.5 10 222 75 60 5.5 10 0.2 0.3 1/0.8 12/720A 302 287 95 6.5 12 264 76 63 6.5 12 0.25 0.35 1/0.7/0.5 12/720B 302 287 116 6.5 12 264 100 86 6.5 12 0.25 0.35 1/0.7/0.5 12/720C 302 287 140 6.5 12 264 125 110 6.5 12 0.25 0.35 1/0.7/0.5 12/720A 302 287 95 6.5 12 264 76 63 6.5 12 0.25 0.35 1/0.7/0.5 12/720B 302 287 116 6.5 12 264 100 86 6.5 12 0.250.35 1/0.7/0.5 12/720C 302 287 140 6.5 12 264 125 110 6.5 12 0.250.35 1/0.7/0.5 15/720 395 375 235 8 15 356 200 170 8 15 0.30.4 1/0.7/0.5 注： 表示該型號同步器帶耦合變壓器，轉(zhuǎn)子不出線 型號 （絕對式） 定 子（ mm） 轉(zhuǎn) 子 (mm) 氣隙(mm) 精度（ ） DS LS dS GS HS DR LR dR GR HR h S4/360A 105 99 20 2.5 6 89 15 10 2.5 6 0.150.25 4 S4/360B 91 85 16 2.5 6 75 11 6 2.5 6 0.150.25 5 S6/360A 148 138 48 4.5 10 124 36 28 4.5 10 0.180.28 2.5 S6/360B 152 142 50 4.5 10 125 36