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第五章 运动量及振动检测技术;概述;;5.1 位移检测;5.1.1 位移检测方法;(1)测量速度积分法
测量运动体的速度或加速度,经过积分或二次积分求得运动体的位移。
例如在惯性导航中,就是通过测量载体的加速度,经过二次积分而求得载体的位移。;(2)回波法
从测量起始点到被测面是一种介质,被测面以后是另一种介质,利用介质分界面对波的反射原理测位移。
例如激光测距仪、超声波液位计都是利用分界面对激光、超声波的反射测量位移的。相关测距则是利用相关函数的时延性质,将向某被测物发射信号与经被测物反射的返回信号作相关处理,求得时延τ,从而推算出发射点与被测物之间的距离。;(3)线位移和角位移转换法
被测量是线位移时,若测量角位移更方便,则可用间接测量方法,通过测角位移再换算成线位移。
同样,被测量是角位移时,也可先测线位移再进行转换。
例如汽车的里程表,是通过测量车轮转数再乘以周长而得到汽车的里程的。;(4)位移传感器法
通过位移传感器,将被测位移量的变化转换成电量(电压、电流、阻抗等)、流量、光通量、磁通量等的变化。位移传感器法是目前应用最广泛的一种方法。
一般来说,在进行位移测量时,要充分利用被测对象所在场合和具备的条件来设计、选择测量方法。;5.1.2 线位移检测;
图5-1(b)中,测量轴与内部电位器电刷相连,当其与被测物相接触,有位移输入时,测量轴便沿导轨移动,同时带动电刷在滑线电阻上移动,因电刷的位置变化会有电阻变化,由电路转换成电压输出,就可以判断位移的大小。如要求同时测出位移的大小和方向。可将图中的精密无感电阻和滑线电阻组成桥式测量电路。 ; 在电位器A、C两端接上激励电压Ui,则当电刷在输入位移驱动下移动时,B、C两端就会有电压输出Uo。设电位器为线性,长度为l,总电阻为R,电刷位移为x,相应电阻为Rx,负载电阻为RL,根据电路分压原理,电路的输出电压为: ;优点
结构简单, 价格低廉, 性能稳定, 对环境条件要求不高, 输出信号大,便于维修。
缺点
电刷与电阻元件之间存在摩擦, 易磨损,易产生噪声,分辨力有限, 精度不够高, 要求输入的能量大,动态响应较差,仅适于测量变化较缓慢的量。
;测量原理:
电感式位移传感器利用电磁感应定律将被测位移转换为电感或互感的变化。按传感器结构的不同,可分为自感式(电感式 )、互感式(差动变压器 )和电涡流式。; 经过推算可以知道线圈的自感量L有如下关系式:
其中δ—空气隙厚度;S—磁路有效截面积;N—线圈匝数;μ0—空气磁导率
结论:只要被测位移能够引起空气隙δ或等效截面积S变化,线圈的自感量就会随之变化。 ;①对于变气隙式,只能用于微小位移的测量,一般约为0.001mm~1mm。 ;存在问题?
三种类型的自感位移传感器在工作时,由于线圈中通有交流励磁电流,衔铁始终承受电磁吸力,因而会引起振动及附加误差,而外界的干扰如电源电压频率的变化,温度的变化也会造成测量误差,另外,非线性误差较大。
;解决方法;减小电磁吸力的作用,对温度、电源频率变化的影响也可以互相抵消,大大提高传感器的灵敏度,改善线性,减少测量误差。;传感器灵敏度提高了一倍 ;⑵ 差动变压器(互感式) ;差动变压器的输出特性曲线如图5-7所示 ;(3) 电涡流式 ; 线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。
如果控制上述参数中的仅距离改变,而其余参恒定不变,则阻抗就成为这个距离的单值函数,阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。 ;电涡流位移传感器的测量电路有调频和调幅式等,图5-10是一种调幅式测量电路。 ;⑴ 光栅位移传感器结构; ⑵ 莫尔条纹 ;⑶光栅位移测量原理;⑷光栅位移传感器特点 ;⑴直线感应同步器结构;⑴直线感应同步器结构;(2) 直线感应同步器工作原理 ;(3) 感应同步器信号的检测 ;感应同步器的磁路系统可视为线性,可进行线性叠加,可得定尺绕组输出的总感应电势为 ;具有较高的精度与分辨力。
测量长度范围不受限制。
抗干扰能力强。
使用寿命长,维护简单。
工艺性好,成本较低,便于复制和成批生产。
输出信号较弱,需要高放大倍数的前置放大器。;激光测距的原理: ;⑴ 脉冲式激光测距;(2)相位式激光测距;(2)相位式激光测距;扩展阅读;类 型: 位移传感器
量 程: 0~75~425mm 0~450~1250mm
精 确 度: ±0.05%
电 阻: ±50% KΩ ±50%~±200
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