第六章位移检测要点分析.ppt

小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、 电容式、 霍尔式等传感器来检测, 精度可达0.5~1.0%, 其中电感式和差动变压器式传感器测量范围要大一些, 有些可达100mm。 小位移传感器测微小位移, 从几微米到几个毫米, 如物体振动的振幅测量等。 6.1 自感式位移传感与测试 电感式传感器：将被测量转换成电感（或互感） 变化的传感器。电感式传感器是建立在电磁感应定律基 础上的，它把被测位移转换为自感系数L的变化，然后将 L接入一定的转换电路，位移变化转换成电信号。 6.1.1 自感式传感器的工作原理及分类 也称电感式传感器或可变磁阻式传感器。 电感式传感器分为三种类型： （1）改变气隙厚度的自感传感器，称为变间隙式电感传感器，如图（a）; (2)改变气隙截面的自感传感器，称为变面积式电感传感器，如图(b); (3)螺管式的自感传感器如图（c）. 6.1.3 差动自感传感器原理 为便于比较，图6.1.5（a）中的下铁心和线圈去点不用， 使其单边工作，则在相同的初始气隙下，测杆移动相同 的位移时，电感变化量为 6.1.4 自感式位移计 一、轴向电感式位移计的结构 二、电感式位移计的测量电路 前面介绍的传感器大部分是模拟式传感器，与计算机等数字系统配接时，必须经过A／D转换器将模拟信号转换成数字信号，才能输入到计算机等数字系统。这样增加了系统的复杂性，而且A／D转换器的转换精度受到位数和参考电压精度的限制，系统的总精度也将受到限制。 代码型数字传感器又称编码器，它输出的信号是数字代码，每一个代码对应一个输入量的值。 有绝对式光电编码器和接触式码盘等。 计数型数字传感器又称脉冲数字传感器，它输出的脉冲数与输入量成正比。 有增量式光电脉冲编码器、光栅传感器等。 数字式传感器可以测线位移，也可以测角位移，还可用来计数。 如:计数型传感器加上计数器可用来检测输送带上的产品个数。 常用的数字式位置检测传感器，如光栅传感器、光电式编码器和感应同步器等。 6.5 光栅传感器 用于长度和角度的精密测量以及数控系统的位置检测等. 光栅按工作原理和用途，可分为物理光栅和计量光栅。 物理光栅是利用光栅的衍射现象，用于光谱分析和光波波长的检测。 计量光栅则利用光栅的莫尔条纹现象，应用于线位移和角位移的检测。 透射式光栅传感器 ,反射式光栅传感器. 长光栅： 根据栅线型式的不同，分为黑白光栅和闪烁光栅。 黑白光栅：只对入射光波的振幅或光强进行调制的光栅。 闪烁光栅：对入射光波的相位进行调制，也叫相位光栅。 根据光线的走向，长光栅还分为透射光栅和反射光栅。 透射光栅是将栅线刻制在透明材料上，常用光学玻璃和制版玻璃。 反射光栅的栅线刻制在钢带上再粘贴在尺基上。 圆光栅： 根据栅线刻划的方向，分径向光栅和切向光栅。 径向光栅：栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心。 切向光栅：全部栅线与一个和光栅盘同心的小圆相切。 按光栅的走向，圆光栅只有透射光栅。 计量光栅按应用场合不同有透射光栅和反射光栅；按用途不同有测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅； 按光栅的表面结构不同有幅值(黑白)光栅和相位(闪耀)光栅。 还有激光全息光栅和偏振光栅等新型光栅。 光栅传感器又称光栅读数头, 主要由标尺光栅、 指示光栅、 光路系统和光电元件等组成。 标尺光栅的有效长度即为测量范围。 两光栅互相重叠, 两者之间有微小的空隙, 其中一片固定, 另一片随着被测物体移动, 可实现位移测量。 图中a为刻线宽度, b为缝隙宽度, a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。 通常a=b=W/2, 也可刻成a:b=1.1:0.9。 莫尔条纹测位移的特点:  (1)位移的放大作用 当光栅移动一个栅距W时, 莫尔条纹移动一个间距BH, 莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为:  BH=W/sin（θ/2）≈W/θ （13 - 1） θ越小, BH越大。相当于把栅距放大了1/θ倍, 提高了测量的灵敏度。 3.运动对应关系 三、光栅的信号输出