《位移速度检测》ppt课件

1、第第6章章 位移、速度及加速度检测位移、速度及加速度检测 本章主要引见自感式位移计、差动本章主要引见自感式位移计、差动变压式位移计、电位器式位移计、感应变压式位移计、电位器式位移计、感应同步器、光栅、光电码盘、电涡流位移同步器、光栅、光电码盘、电涡流位移计、电容式位移计、磁电式速度计、计、电容式位移计、磁电式速度计、 光电转速计、电磁式转速计和测速发电光电转速计、电磁式转速计和测速发电机等的原理、构造、特性及运用。机等的原理、构造、特性及运用。 6.1 电感式传感器电感式传感器 n6.1.1 电感式传感器的任务原理及分类电感式传感器的任务原理及分类 n 电感式传感器又称电感式传感器或可变磁电感

2、式传感器又称电感式传感器或可变磁阻式传感器，原理如下图。阻式传感器，原理如下图。n 线圈的电感值按下式计算：线圈的电感值按下式计算：n 其中：其中： n 6.1 电感式传感器电感式传感器 假设忽略Rc，那么有 故 电感式传感器分为三种类型，如下图。 6.1 电感式传感器电感式传感器n6.1.2 输出特性输出特性 n 变间隙式和变截面式自感传感器的输出的特变间隙式和变截面式自感传感器的输出的特性如下图。其灵敏度分别为为性如下图。其灵敏度分别为为 6.1 电感式传感器电感式传感器6.1.3 差动电感传感器原理差动电感传感器原理 差动变间隙式传感器构造及特性如下图。差动变间隙式传感器构造及特性如下图

3、。 6.1 电感式传感器电感式传感器 初始电感 因L1、L2是差动方式，故总的电感变化量为 略去高次项，那么有 与单边式相比，有如下优点： 1灵敏度提高一倍； 2具有温度自补偿作用，抗外磁场干扰才干强； 3电磁吸力相互抵消，线性度高。 6.1 电感式传感器电感式传感器n6.1.4 电感式位移计 n1、轴向电感式位移计的构造n2、电感式位移计的丈量电路 6.1 电感式传感器电感式传感器nA、B两点的电位差即输出电压 n1衔铁处于中间位置时，输出电压为 n2衔铁向上挪动时，输出电压为 n3衔铁向下挪动时，输出电压为 6.2 差动变压器位移计差动变压器位移计n6.2.1 差动变压器任务原理及特性差动

4、变压器任务原理及特性 差动变压器构造如下图。差动变压器构造如下图。 6.2 差动变压器位移计差动变压器位移计n当铁芯处于中间位置时，输出电压: n当铁芯向右挪动时，那么输出电压: n当铁芯向左挪动时，那么输出电压: n 输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁芯的位移大小。 02221UUU02221UUU02221UUU6.2 差动变压器位移计差动变压器位移计n输出特性如下图。n 6.2.2 差动变压器位移计构造6.2 差动变压器位移计差动变压器位移计n6.2.3 差动变压器位移计的丈量电路 1.大位移丈量电路 电路如下图。n 只测位移大小时，n 用图a、b电路；n 大小、方向都测n

5、 时，用图c、d的n 相敏检波电路。 6.2 差动变压器位移计差动变压器位移计2.微小位移丈量电路 DGS20C /A型测微仪的框图如示。 6.3 电位器传感器电位器传感器 n6.3.1 电位器传感器根本任务原理电位器传感器根本任务原理 电位计式电阻传感器的构造如图，图电位计式电阻传感器的构造如图，图(a)为直为直线式电位计，可测线位移；线式电位计，可测线位移；(b)为旋转式电位计，为旋转式电位计，可测角位移。可测角位移。 6.3 电位器传感器电位器传感器n6.3.2 电位器传感器输出特性电位器传感器输出特性6.3 电位器传感器电位器传感器n6.3.3 电位器传感器构造1、电阻丝：n 对电阻丝

6、的要求是：电阻系数大，温度系数小，对铜的热电势应尽能够小，常用资料有：铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。2、骨架：n 对骨架资料要求外形稳定外表绝缘电阻高，有较好的散热才干。常用的有陶瓷、酚醛树脂和工程塑料等。n 3、电刷：n 电刷与电阻丝资料应配合恰当、接触电势小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。 6.3 电位器传感器电位器传感器n6.3.4 电位计式位移传感器电位计式位移传感器 n YHD型电位计式位移传感器的构造如图。型电位计式位移传感器的构造如图。 6.4 电容式位移传感器电容式位移传感器n6.4.1 单电极电容式位移传感器及其运用6.4 电容式位移传感器电容式位移传感器n振动位移

7、和回转精度的丈量6.4 电容式位移传感器电容式位移传感器n6.4.2 变面积差动式电容位移传感器及其运用6.5 光栅位移测试光栅位移测试 光栅式位移传感器，也称计量光栅，主要用于长度和角度的精细丈量。 6.5.1 光栅的根本构造1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等距的刻线构成的，构造如图。 6.5 光栅位移测试光栅位移测试2、光栅的分类 光栅按其用途分长光栅和圆光栅两类。计量光栅分类见图。 6.5 光栅位移测试光栅位移测试n6.5.2 光栅传感器的任务原理光栅传感器的任务原理 光栅传感器由光栅、光路、光电元件和转换光栅传感器由光栅、光路、光电元件和转换电路等组成。电路等组成。 n1

8、、光栅传感器的组成、光栅传感器的组成 光栅传感器的组成如下图。指示光栅应置于光栅传感器的组成如下图。指示光栅应置于主光栅的费涅耳第一焦面上，其间的间隔为：主光栅的费涅耳第一焦面上，其间的间隔为： 2Wd 6.5 光栅位移测试光栅位移测试2、莫尔条纹 1莫尔条纹：光栅式传感器的根本任务原理是利用光栅的莫尔条纹景象来进展丈量的。莫尔条纹如下图。 6.5 光栅位移测试光栅位移测试 2 2莫尔条纹的特征莫尔条纹的特征 1) 1) 运动对应关系：莫尔条纹的挪动量运动对应关系：莫尔条纹的挪动量和挪动方向与主光栅相对于指示光栅的和挪动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和方向有严厉的对应关系。如下位移量和方向

9、有严厉的对应关系。如下图。图。 6.5 光栅位移测试光栅位移测试 2)减小误差：莫尔条纹对光栅的刻线误差有平均作用，能在很大程度上消除栅距部分误差和短周期误差影响。 3)位移放大：莫尔条纹的间距随着光栅线纹交角而改动，其关系如下： 从上式可知，越小，条纹间距B将变得越大，莫尔条纹有放大作用，其放大倍数为： 6.5 光栅位移测试光栅位移测试 3、光栅的信号输出 主光栅挪动一个栅距 W，莫尔条纹变化一个周期，莫尔条纹的变化近似为正弦波形，可看成是一个直流分量与的叠加，即：为了可以区分方向，设置了辨向环节，构造框图如示。 6.6 码盘式传感器码盘式传感器 码盘式传感器是以编码器为根底的，它是丈量 轴

10、角位置和位移的方法之一。 6.6.1 光电码盘式传感器的任务原理 光电码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码方式表示的电信号的转换部件。其任务原理 表示图如示。 6.6 码盘式传感器码盘式传感器n6.6.2 光电码盘光电码盘1、二进制码盘、二进制码盘 图所示是一个四图所示是一个四n位二进制码盘，涂黑位二进制码盘，涂黑n部分输出为部分输出为 0，空白，空白n部分输出为部分输出为 1。 6.6 码盘式传感器码盘式传感器n二进制码盘的特点为： 1 n位二进制码盘能分辨的角度为：n n 2二进码为有权码，编码Cn Cn-1C1 对应于零位算起的转角为: 112iniiC6.6 码盘式传感

11、器码盘式传感器2、循环码码盘 图是一个四位的循环码盘，表6.6.2 是十进制数、二进制数及四位循环码的对照表。 二进制码转换成循环码的规那么是：二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不进位加法得循环码。6.6 码盘式传感器码盘式传感器n假设R表示循环码，C为二进制码，那么：n n循环码变成二进制码的关系式为： 6.6 码盘式传感器码盘式传感器n二进制码与循环码的转换电路如图。 6.6 码盘式传感器码盘式传感器n二进制码与循环码的转换电路如图。6.6 码盘式传感器码盘式传感器n6.6.3 光电码盘的运用光电码盘的运用图是一光电码盘测角安装。图是一光电码盘测角安装。 6.7 激光式传感器激光

12、式传感器 n6.7.1 激光的特性和稳频方法激光的特性和稳频方法1、激光的特性、激光的特性 1方向性强方向性强 2单色性好单色性好 n 3 亮度高亮度高 4 相关性好相关性好 n 2、激光器、激光器 按激光器的任务物质可分为以下几类：按激光器的任务物质可分为以下几类： 1固体激光器：常用的有红宝石激光器、固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻璃激光器等。钕玻璃激光器等。 n 2气体激光器：常用的为氦氖激光器、气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化碳激光器、一氧化碳激光器等。二氧化碳激光器、一氧化碳激光器等。6.7 激光式传感器激光式传感器 3 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器和有机液体

13、激光器等。 4 半导体激光器：半导体激光器是比较年轻的一种，比较成熟的是砷化镓激光器。 3、激光的稳频方法 较常用的稳频方法是兰姆下陷稳频法。 6.7.2 激光干涉传感器测长原理 激光干涉传感器测长原理本质是光的干涉原理，常用的是迈克尔逊双光束干涉系统。 测长的根本公式为： 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器 磁电感应式传感器也称为感应式传感器或电动 式传感器，是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的。6.8.1 传感器任务原理及丈量电路1、磁电感应式传感器任务原理 根据电磁感应定律，线圈中的感应电势由下式计算： 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器n磁电感应式传

14、感器的构造原理如下图。 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器n线圈在磁场中作直线运动时，它所产生感应电势为：n线圈在磁场中转动时产生的感应电势为：n由上述可知，磁电传感器可用来测定线速度和 角速度。 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器2、磁电感应式传感器丈量电路 位移、速度和加速度丈量电路如下图。 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器n6.8.2 电感应式传感器的灵敏度电感应式传感器的灵敏度K 直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：n 旋转运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：旋转运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为： 6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器n6.8.3 磁电式速度传感器磁电式速度传感器1、相对速度传感器、相对速度传感器 n 图为国产图为国产 CD2型磁电式相对速度传感器的型磁电式相对速度传感器的构造构造6.8 磁电感应式速度传感器磁电感应式速度传感器2 、绝对速度传感器国产CD1型磁电式绝对速度传感器的构造 CV210振动速度传感器6.9 光电式转速计光电式转速计 转速的测试按任务原理可分为计数式、模拟式 和同步式三大类。 6.9.1 任务原理 光电式转速计是利用光电效应原理制成的。即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。由光电管构成的转速计分反射型和直射型两种