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摘要：感应同步器于二十世纪50年代研制成功，主要用来测量直线位移和角位移，被广泛的应用于宇宙航行、航海军事等各个领域。随着科学技术的飞速发展，出现了很多其他的测量位移和角度的方法，但是，由于感应同步器固有的特点和新技术的发展以及人们对它的进一步研究，感应同步器仍然广泛应用于许多场合，文章主要对感应同步器的发展历史、现状和未来的研究发展方向进行探讨。
关键词：感应同步器；绕组；位移；激励
中图分类号：TH17-1721.03 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2010)18-0101-02
1 发展历史
感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。以长感应同步器为例，长感应同步器由定尺和滑尺组成，直线感应同步器由定尺和滑尺组成，首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺上的绕组分布是不相同的。在定尺上的是连续绕组，在滑尺上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差90°相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。其简单的测量工作原理框图如图1所示。
感应同步器最早是由美国空军提出，由纽约州法兰德光学公司承接的一个研究项目，经过四年研制于五十年代初期研制成直径为5英寸，精度为5角秒、精度为0.25角秒、重复精度为1角秒的圆感应同步器。法兰德公司于1957年发表了第一个感应同步器专利“位置测量变压器”(美国专利N0.2799835)。感应同步器的主要优点：精度、分辨率高，重复性好；抗干扰能加强；使用寿命长，维护简便。它比其它接触式测量器件、直接编码式器件、光电脉冲发送器、旋转变压器、光栅等有其独特的优点。因此，感应同步器的应用很广泛，遍及宇宙航行、航海、军事装备、测量技术、机械制造等部门，如圆感应同步器常应用于陀螺平台、伺服转台、火炮控制、雷达天线定位及跟踪、无线电望远镜的跟踪、经纬仪、以及其它装置角度数据的传输、精密机械或测量仪器的分度装置等；直线感应同步器常应用在座标锉床、座标铣床以及其它机械的定位、显示与数控系统等。用于测量直线位移的称直线感应同步器，用于测量角位移的称圆感应同步器。当时法兰德公司是世界是上感应同步器产品最齐全的公司，其生产的感应同步器主要有以下几种。
1.1 直线感应同步器
标准式感应同步器。标准式感应同步器是直线感应同步器中特别精密的位置传感器，用于测量高精度的位移量。定尺尺寸为250×58.4×9.3mm；滑尺尺寸为101.6×73.0×9.3 mm，重复周期长度为2mm。窄式感应同步器。窄式感应同步器是为了解决安装位置受到限制时专门设计的。定尺尺寸为250×27.9×9.3mm；滑尺尺寸为101.6×35.3×9.8mm，重复周期长度为2mm。三重式感应同步器。三重式感应同步器是为了在一特定长度内，随时准确地决定运动体相对位移的绝对位置，建立一绝对座标测量系统而设计的。定尺尺寸为200×86.2×9.3mm和30×86.2×9.3mm；滑尺尺寸为94×97×9.3mm，重复周期长度：精绕组为2mm，中绕组为100mm，粗绕组为400mm。带式感应同步器。组装式感应同步器。多层式感应同步器。凸极式感应同步器。
1.2 圆感应同步器
圆感应同步器与直线感应同步器一样有组装式、多层式和凸极式。圆感应同步器的规格有：2时／330极，2时／720极；3时／330极，3时／720极；7时／380极，7时，7劝极；12时／330极，12时／720极。
1964年，我国已开始了感应同步器的研制工作。而且，为使感应同步器得到良好的应用，必须有数显表与之相搭配成为一整套系统。文化大革命后，尤其是1973年以来，不少单位参加研制，进展很快，取得了很大的成绩。1974年冬在广州第一次召开了感应同步器和数显表技术交流座谈会以来，直线感应同步器经过工业应用，在重型机床上推广应用等阶段，并进行了全面的性能考核集中试验，制订了技术标准。当时，我国的直线感应同步器已能稳定地批量生产，性能达到了国际一般水平，并广泛地应用在大型和重型机床上。直线感应同步器，主要有周期为2mm的标准式和窄式直线感应同步器。三重式的直线感应同步器也开始研制。与此同时，圆感应同步器也取得了很大的进展，已研制成功的有300mm1080极、720极、512极、330极的四种。不少单位已开始用于转台上。关于感应同步器原理方面已经很成熟，随着电子技术的发展，在数显更加精确和智能化方面开始了许多新的研究工作，也称为当时研究的重点，使得数显表系统得到迅速的发展。特别是单片机的出现，有了成熟的感应同步器和数显表的控制系统，感应同步器的发展已经在走向成熟。
2 发展现状评述
进如二十一世纪，光电子技术和各种新式位移测量技术的发展，感应同步器在一些领域被制作精巧，质量轻的光栅尺传感器和磁致伸缩传感器所替代，主要应用在机械加工，机床，雷达天线定位，导弹制导，精密仪器等重工业上。为了使感应同步器更好的得到应用，从感应同步器的信号激励、输出信号测量和处理以及新技术的结合应用等等各个方面都展开了研究。目前对感应同步器的研究主要有：
①从激励信号方面进行研究。如高频率的定尺激励调制解调实现高精度位移测量、高精度的激励电源设计等。
②从输出信号处理方面进行研究。如感应同步器输出信号噪声的研究和输出信号放大的研究等。
③从处理器选择实现高精度方面进行研究。如基于DSP的感应同步器位移测量系统的设计、基于FPGA感应同步器的数据采集和处理的研究、基于Fusion的感应同步器信号处理等。
④从局部电路方面进行研究。如单板机实现感应同步器零位误差的自动检测、感应同步器信号变换电路和数显系统增益过大的研究等。
⑤在数控机床，陀螺仪等仪器方面应用的研究。
而且在这些方面都取得了一些好的研究结果：
比如对激励采用了开环方案，对感应同步器双相激磁电源的设计，使得系统电路简单，调试方便，不存在稳定性问题；但是是为保证性能指标元件选择严格，如在关键环节中电阻要选用温漂小的塑封精密电阻，电容用云母电容，运放选失真度小，温漂小的芯片，实践表明，开环方案在一定温度范围内完成可满足要求，
比如对感应同步器信号噪声的研究，感应同步器输出信号中由于包含有从原端绕组感应而来的噪声成分，因而与一般的对于只包含源内阻热噪声的传感器分析方法相比有所不同。该感应噪声利用一个虚拟的混杂噪声等效电阻来表示，则前放噪声系数由于这个混杂噪声等效电阻的引入，而在其标准计算公式上进行了修正。另外对于固定的源内阻热噪声，随着感应噪声的变大，传感器自身输出的噪声将变大，前置放大器的噪声系数也将不断降低。因此，放大器输入级的选择，应根据输出端感应噪声的大小来决定。
比如选择AT89C52和感应同步器组成系统的产品，其测量精度可优于2um，该产品还可进行长度，角度智能化的自动测量，具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构简单、成本低等优点。已成功地应用于冶金的精密定位和机床改造及与位置检测相关的系统中。
总之，目前通过对感应同步器的研究和感应同步器与新技术的结合，使得它结合自身原理的优点，在许多场合发挥了更好的作用。感应同步器在位移测量仪器的市场中仍然占有相当的比例，这也是我们继续进行研究的价值体现。
3 发展前景
感应同步器目前的研究主要集中在输出信号的分析处理和用现代电子技术对数显系统的设计和改进，从长远的发展来看，其未来的研究主要有：
①从原理上改进。传统感应同步器定滑尺用的是印制电路绕组，先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组，其绕组周期为2mm。但是现代PCB布线工艺的发展，用PCB板来替代金属基板，绕组周期可以达到1/3mm，从而使得其测量精度有很大的提高，这个研究方向要解决的问题是对输出信号的处理和定滑尺相对移动时处理器分辨处理位移量的速度。
②对激励信号的研究。激励信号的选择和产生激励信号电源的设计，直接影响到测量的精度和整个系统的性能。
③对输出信号和电路模块的研究。感应同步器输出信号极其微弱并包含噪声，对其进行噪声处理和放大后的增益处理，也会对感应同步器的测量精度和系统整体性能有很大的提高。
④采用高性能处理器芯片的研究。处理器芯片的发展，使得对测量的结果，能进行各种算法的修正和处理，实现更高精度的测量和智能化话测量。
关键词：感应同步器；绕组；位移；激励
中图分类号：TH17-1721.03 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2010)18-0101-02
1 发展历史
感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。以长感应同步器为例，长感应同步器由定尺和滑尺组成，直线感应同步器由定尺和滑尺组成，首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺上的绕组分布是不相同的。在定尺上的是连续绕组，在滑尺上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差90°相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。其简单的测量工作原理框图如图1所示。
感应同步器最早是由美国空军提出，由纽约州法兰德光学公司承接的一个研究项目，经过四年研制于五十年代初期研制成直径为5英寸，精度为5角秒、精度为0.25角秒、重复精度为1角秒的圆感应同步器。法兰德公司于1957年发表了第一个感应同步器专利“位置测量变压器”(美国专利N0.2799835)。感应同步器的主要优点：精度、分辨率高，重复性好；抗干扰能加强；使用寿命长，维护简便。它比其它接触式测量器件、直接编码式器件、光电脉冲发送器、旋转变压器、光栅等有其独特的优点。因此，感应同步器的应用很广泛，遍及宇宙航行、航海、军事装备、测量技术、机械制造等部门，如圆感应同步器常应用于陀螺平台、伺服转台、火炮控制、雷达天线定位及跟踪、无线电望远镜的跟踪、经纬仪、以及其它装置角度数据的传输、精密机械或测量仪器的分度装置等；直线感应同步器常应用在座标锉床、座标铣床以及其它机械的定位、显示与数控系统等。用于测量直线位移的称直线感应同步器，用于测量角位移的称圆感应同步器。当时法兰德公司是世界是上感应同步器产品最齐全的公司，其生产的感应同步器主要有以下几种。
1.1 直线感应同步器
标准式感应同步器。标准式感应同步器是直线感应同步器中特别精密的位置传感器，用于测量高精度的位移量。定尺尺寸为250×58.4×9.3mm；滑尺尺寸为101.6×73.0×9.3 mm，重复周期长度为2mm。窄式感应同步器。窄式感应同步器是为了解决安装位置受到限制时专门设计的。定尺尺寸为250×27.9×9.3mm；滑尺尺寸为101.6×35.3×9.8mm，重复周期长度为2mm。三重式感应同步器。三重式感应同步器是为了在一特定长度内，随时准确地决定运动体相对位移的绝对位置，建立一绝对座标测量系统而设计的。定尺尺寸为200×86.2×9.3mm和30×86.2×9.3mm；滑尺尺寸为94×97×9.3mm，重复周期长度：精绕组为2mm，中绕组为100mm，粗绕组为400mm。带式感应同步器。组装式感应同步器。多层式感应同步器。凸极式感应同步器。
1.2 圆感应同步器
圆感应同步器与直线感应同步器一样有组装式、多层式和凸极式。圆感应同步器的规格有：2时／330极，2时／720极；3时／330极，3时／720极；7时／380极，7时，7劝极；12时／330极，12时／720极。
1964年，我国已开始了感应同步器的研制工作。而且，为使感应同步器得到良好的应用，必须有数显表与之相搭配成为一整套系统。文化大革命后，尤其是1973年以来，不少单位参加研制，进展很快，取得了很大的成绩。1974年冬在广州第一次召开了感应同步器和数显表技术交流座谈会以来，直线感应同步器经过工业应用，在重型机床上推广应用等阶段，并进行了全面的性能考核集中试验，制订了技术标准。当时，我国的直线感应同步器已能稳定地批量生产，性能达到了国际一般水平，并广泛地应用在大型和重型机床上。直线感应同步器，主要有周期为2mm的标准式和窄式直线感应同步器。三重式的直线感应同步器也开始研制。与此同时，圆感应同步器也取得了很大的进展，已研制成功的有300mm1080极、720极、512极、330极的四种。不少单位已开始用于转台上。关于感应同步器原理方面已经很成熟，随着电子技术的发展，在数显更加精确和智能化方面开始了许多新的研究工作，也称为当时研究的重点，使得数显表系统得到迅速的发展。特别是单片机的出现，有了成熟的感应同步器和数显表的控制系统，感应同步器的发展已经在走向成熟。
2 发展现状评述
进如二十一世纪，光电子技术和各种新式位移测量技术的发展，感应同步器在一些领域被制作精巧，质量轻的光栅尺传感器和磁致伸缩传感器所替代，主要应用在机械加工，机床，雷达天线定位，导弹制导，精密仪器等重工业上。为了使感应同步器更好的得到应用，从感应同步器的信号激励、输出信号测量和处理以及新技术的结合应用等等各个方面都展开了研究。目前对感应同步器的研究主要有：
①从激励信号方面进行研究。如高频率的定尺激励调制解调实现高精度位移测量、高精度的激励电源设计等。
②从输出信号处理方面进行研究。如感应同步器输出信号噪声的研究和输出信号放大的研究等。
③从处理器选择实现高精度方面进行研究。如基于DSP的感应同步器位移测量系统的设计、基于FPGA感应同步器的数据采集和处理的研究、基于Fusion的感应同步器信号处理等。
④从局部电路方面进行研究。如单板机实现感应同步器零位误差的自动检测、感应同步器信号变换电路和数显系统增益过大的研究等。
⑤在数控机床，陀螺仪等仪器方面应用的研究。
而且在这些方面都取得了一些好的研究结果：
比如对激励采用了开环方案，对感应同步器双相激磁电源的设计，使得系统电路简单，调试方便，不存在稳定性问题；但是是为保证性能指标元件选择严格，如在关键环节中电阻要选用温漂小的塑封精密电阻，电容用云母电容，运放选失真度小，温漂小的芯片，实践表明，开环方案在一定温度范围内完成可满足要求，
比如对感应同步器信号噪声的研究，感应同步器输出信号中由于包含有从原端绕组感应而来的噪声成分，因而与一般的对于只包含源内阻热噪声的传感器分析方法相比有所不同。该感应噪声利用一个虚拟的混杂噪声等效电阻来表示，则前放噪声系数由于这个混杂噪声等效电阻的引入，而在其标准计算公式上进行了修正。另外对于固定的源内阻热噪声，随着感应噪声的变大，传感器自身输出的噪声将变大，前置放大器的噪声系数也将不断降低。因此，放大器输入级的选择，应根据输出端感应噪声的大小来决定。
比如选择AT89C52和感应同步器组成系统的产品，其测量精度可优于2um，该产品还可进行长度，角度智能化的自动测量，具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构简单、成本低等优点。已成功地应用于冶金的精密定位和机床改造及与位置检测相关的系统中。
总之，目前通过对感应同步器的研究和感应同步器与新技术的结合，使得它结合自身原理的优点，在许多场合发挥了更好的作用。感应同步器在位移测量仪器的市场中仍然占有相当的比例，这也是我们继续进行研究的价值体现。
3 发展前景
感应同步器目前的研究主要集中在输出信号的分析处理和用现代电子技术对数显系统的设计和改进，从长远的发展来看，其未来的研究主要有：
①从原理上改进。传统感应同步器定滑尺用的是印制电路绕组，先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组，其绕组周期为2mm。但是现代PCB布线工艺的发展，用PCB板来替代金属基板，绕组周期可以达到1/3mm，从而使得其测量精度有很大的提高，这个研究方向要解决的问题是对输出信号的处理和定滑尺相对移动时处理器分辨处理位移量的速度。
②对激励信号的研究。激励信号的选择和产生激励信号电源的设计，直接影响到测量的精度和整个系统的性能。
③对输出信号和电路模块的研究。感应同步器输出信号极其微弱并包含噪声，对其进行噪声处理和放大后的增益处理，也会对感应同步器的测量精度和系统整体性能有很大的提高。
④采用高性能处理器芯片的研究。处理器芯片的发展，使得对测量的结果，能进行各种算法的修正和处理，实现更高精度的测量和智能化话测量。