机械量的测量

1、会计学1机械量的测量机械量的测量第1页/共98页2021-12-721. 常用位移传感器的性能和特点（P121）第2页/共98页2021-12-73 当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流线圈的电流 i1 增大。 二、电涡流传感器当金属导体置于交变磁场或在磁场中运动时，在导体中会产生感生电流，这种电流在导体中自行闭合电涡流第3页/共98页2021-12-74工作原理: 交变电流传感器线圈被测导体交变磁场H1电涡流交变磁场H2参数变化(电感、阻抗、 品质因素等)输出信号第4页/共98页2021-

2、12-75第5页/共98页2021-12-76第6页/共98页2021-12-77第7页/共98页2021-12-78 图4-1是电涡流传感器工作原理示意图。当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。 第8页/共98页2021-12-79 电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为： Z=R+jL=f（、x、i1、r） （7-6） 如果控制上式中的i1、f、r

3、不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？ 第9页/共98页2021-12-710 间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。 多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。 第10页/共98页第11页/共98页2021-12-712第12页/共98页2021-12-713交变磁场高频反射式、低频投射式第13页/共98页2021-12-714第14页/共98页2021

4、-12-715第15页/共98页2021-12-716低频投射式第16页/共98页2021-12-717第17页/共98页2021-12-718第18页/共98页2021-12-719 石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz1MHz）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。第19页/共98页2021-12-720 第20页/共98页2021-12-721第21页/共98页2021-12-722第22页/共98页2021-12-72301

5、 4-32fLC第23页/共98页2021-12-724鉴频器的输出电压与输入频率成正比第24页/共98页2021-12-725第25页/共98页2021-12-726第26页/共98页2021-12-727电涡流传感器应用位移检测第27页/共98页2021-12-728电涡流传感器应用厚度检测第28页/共98页1. 光栅传感器原理 (莫尔条纹) 构成：叠合主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动条纹宽度： WWB)2/sin(2W-栅距， a-线宽， b-缝宽W=a+b ，a=b=W/2 主光栅-标尺光栅，定光栅；指示光栅-动光栅第29页/共98页2021-12-730莫尔条纹特性： 方向

6、性：垂直于角平分线 与光栅移动方向垂直同步性：光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距放大性：夹角很小 BW 光学放大 提高灵敏度准确性：误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度 第30页/共98页2021-12-731第31页/共98页2021-12-7323. 光栅传感器结构 1 主光栅尺（定光栅）2 指示光栅（动光栅）3 光电元件4 透镜5 光源透射式结构：反射式结构： 光源 指示光栅 透射 主光栅 光电元件光源 主光栅 反射 指示光栅 光电元件第32页/共98页2021-12-7334. 代表性产品： 德国Heidenhain（海德汉）：封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 m开放式

7、：量程1440mm，分辨力0.01m开放式：量程270mm 分辨力1nm第33页/共98页2021-12-734英国Renishaw（雷尼绍）： 量程：任意分辨力： 0.1 m 0.01 m中国长春光机所： 量 程：1000mm分辨力：0.01 m精 度：2 m第34页/共98页2021-12-735原理：平行光源码盘 光电元件电信号输出 码盘：光学玻璃，透光/不透光 照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、明暗交替边缘陡峭（工艺、材质）光源：LED 光学系统 平行光 投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管 滞后 响应速度 码道：位数每个码道对应一个光电元件分辨率 角度分辨率：=360/2n n-

8、码道数（位数） 组成：光源、码盘、光电元件 增加码道、增大码盘尺寸 有限提高精度光学细分 附加码道第35页/共98页2021-12-736测量电路：编码码制：十进制码 - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制码 - 0000 0001 0010 0011 0100 格 雷 码-循环码：相邻两数只有一位不同 每次只有一位变化转换 放大 足够电平 ，驱动整形 接近理想方波 细分 提高分辨率（光学+电路）多位码同时动作同步误差错码读数直观，不易电路处理直观，易于后续电路和计算机处理第36页/共98页2021-12-737角度位置二进制码十进制码格雷码0.022.545.067.590.01

9、12.5135.0157.5180.0202.5225.0247.5270.0292.5315.0337.5ABCDEFGHIJKLMNOp0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111012345678910111213141500000001001100100110011101010100110011011111111010101011100110004位绝对码光电编码器码制第37页/共98页2021-12-738特点：摩擦轮编码器小范围绝对位置测量-角度、直线位置小范围位移、速度检测结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，应用：例：直线 旋转 W 光学放大 提高灵敏度准确性：误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度 第94页/共98页2021-12-795范围：0.2 300m 分辨力： 3mm德国俫卡手持式：范围：0.2 200m分辨力：0.2mm美国bushwell 单目军用范围：1000m分辨力：1m第95页/共98页2021-12