1.7 位移、加速度传感器.pptVIP

一 位移传感器 1 电阻应变片位移传感器 LVDT差动变压器式位移传感器的原理 LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为0；当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁心的位移量成线性关系。 LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。 （1）铁心位于线圈中间 　LVDT特点 1.结构简单，工作可靠，寿命长，线性度好，重复性好，性能价格比高。 2.精度：最高精度可达0.05%，一般为0.25%、0.5% 3.绝对误差：最高可达1μm 4.重复性：好，最高可达1μm 5.灵敏度：高，一般每mm位移输出为数百 mv, 最高可达几伏 6.分辨率：高，一般为0.1 μm ，最高可达10-4 μm 。 7.测量范围：宽，±0.1mm ~ ±500mm甚至更大 8.工作温度范围：大，一般为-55℃~ +150℃可扩展到+220℃，传感器或变送器分为三级： 商业级：0℃ ~ +70℃ 工业级：-20℃ ~ +85℃ 军 级：-55℃ ~ +125℃ 9.时间常数小，动态特性好，频带宽一般为200HZ(5ms)最高可500HZ(2ms)。 10.毛利率高：可达60% ~ 70% 二、加速度传感器 加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物理量。可以通过测量加速度来测量物体的运动状态。例如，惯性导航系统就是通过飞行器的加速度来测量它的加速度、速度(地速)、位置、已飞过的距离以及相对于预定到达点的方向等。通常还通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负荷的大小，以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控制其运动加速度，以免机件损坏。对于加速度，常用绝对法测量，即把惯性型测量装置安装在运动体上进行测量。 分为惯性加速度与倾角传感器和振动加速度传感器。 应变式加速度传感器 压电式加速度传感器 当传感器感受振动时，质量块感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片压电效应，两个表面上就产生交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比。 输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试件的振动速度或位移。 * * 第一章 传感器及其应用—位移/加速度传感器— 位移/加速度传感器用于将“位移”和物体受重力作用而产生的“加速度”这两个非电量转换为电量输出。 角度位移 线性位移 电阻式 电容式 振弦式 电感式 编码式 光栅式 磁栅式 光电式 感应同步式 电位器式 电阻应变片式 差分电感式 差分变压器式 电感调频式 电涡流式 分 类 金属 半导体 动态范围：1～300mm， 线性度：0.1%-0.5%，分辨力：1um uo正比于磁芯在线圈中的位移 磁阻 2 线性可变差分变压器式（LVDT） 位移传感器－电感式 （2）铁心向上移动 （3）铁心向下移动 优点：无摩擦（移动铁心与线圈不存在物理接触）； 无限的机械寿命（因无接触、无摩擦导致无磨损）； 分辨率高；零位重复性好；输入/输出隔离。 应用：在动态偏移和高弹性材料的振动测量、高增益闭环控制系统的零位指示测量中、其他各种工业控制中得到了广泛的应用。 检波 常用幅值为3～15V的均方根值、频率为60～2000Hz的正弦电压激励初级线圈，感应的次级输出电压也是与激励信号同频率的正弦信号，但幅值随铁心位置的变化而变化。测量铁心位移对输出的影响时，需通过检波将LVDT中信号的交流成分滤除。一般检波器不能判断铁心运动方向的不同。 可鉴别位移方向的LVDT 半导体桥式检波器电路 3 电位器式位移传感器 通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值。 a)测振幅 b)测轴回转精度和轴心偏摆 被测物 振动 电容式 传感器 被测轴 电容式 传感器 4 电容式位移传感器 电容式角位移传感器 当θ=0时 当θ≠0时 传感器电容量C与角位移θ间呈线性关