自动检测技术及仪表控制系统8机械量检测

第8章机械量检测自动检测技术及仪表控制系统第二版化学工业出版社Contents8.1模拟式位移检测8.2光学数字式位移检测8.3转速检测8.4力的检测8.5加速度与振动检测8.1模拟式位移检测（1）电容式位移检测变极距法：一个电极固定，另一个电极与被测物体相连，位移改变极距，进而改变电容。变面积法：改变两极板之间的面积改变电容8.1模拟式位移检测（1）电容式位移检测差动电压式：在两个固定极板之间设置可动极板8.1模拟式位移检测（1）电容式位移检测变压器电桥电路8.1模拟式位移检测（1）电容式位移检测先进的IC制造技术可以制作超小型电容式位移传感器，如图：基于相位检测的电容耦合型位移传感器8.1模拟式位移检测（2）电感式位移检测电感式位移传感器分为自感式和互感式自感式位移传感器8.1模拟式位移检测（2）电感式位移检测差动电感式位移传感器8.1模拟式位移检测（3）差动变压器位移检测差动变压器是互感式位移传感器。变压器一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感应强度随铁心的位置而发生变化8.1模拟式位移检测（3）差动变压器位移检测差动变压器是互感式位移传感器反向连接两个二次线圈取其差动信号，在铁心位于中央位置时，差动信号输出电压为零8.1模拟式位移检测（3）差动变压器位移检测差动变压器是互感式位移传感器当铁心因偏移中央位置时，差动信号的输出与位移成正比的交流电压8.1模拟式位移检测（4）光纤位移位移检测一种光纤检测方法：

8.1模拟式位移检测（4）光纤位移位移检测一种光纤检测方法：光源经多股发射光缆传到被测物体表面，光纤端口处光线呈圆锥状扩散，照射到物体表面；被测物反射光的一部分再经多股接收光缆传到光敏元件，接收光范围同样是圆锥状，所以照射光圆锥与接收光圆锥相重叠部分的光线强度将被检测输出。随着被测物体的位移变化，重叠部分的光强也发生变化，根据光强信号就可以检测位移。

8.2光学数字式位移检测（1）光栅标尺8.2光学数字式位移检测（2）莫尔条纹标尺莫尔条纹的原理莫尔条纹标尺检测位移8.2光学数字式位移检测（3）激光扫描测长与图像检测激光扫描测长仪8.3转速检测（1）离心力检测法质量m的重锤旋转时受到mrω²的离心力而远离主轴，这将克服弹簧力向上拉动套筒，套筒的升降通过齿轮带动指针转动，可直接读出转数。一般应使转轴沿垂直方向立起来使用。测量精确度约±１％。8.3转速检测（2）光电码盘转速检测法光电码盘和透射型光电耦合器结合，可以对转速进行计数，输出信号是对应于码盘窗口明暗的脉冲系列。光电耦合器分透射型和反射型8.3转速检测（2）光电码盘转速检测法光电码盘有分为绝对码盘和增量光电码盘两种绝对码盘及其编码方式8.3转速检测（2）光电码盘转速检测法增量码盘及其改进方法8.3转速检测（3）空间滤波器式检测法空间滤波器式检测方法是在硅基板上蚀刻放射状的光电栅格元件，检测旋转物体表面不规则的光反射分布，每间隔一个栅格公用一个电极，两电极输出信号的差信号则为一窄频带信号，其中心频率f与旋转角速度ω成比例变化8.4力的检测方法（1）金属应变元片电阻应变片的两种结构8.4力的检测方法（1）金属应变元片电阻应变片的粘贴方法8.4力的检测方法（2）半导体应变片半导体具有晶体的各向异性。半导体应变片反应灵敏，体积小，被广泛应用在压力传感器上。缺点是温度依赖性大，需要温度补偿电路，而且价格比较高。一般n型半导体受压时，阻值变小，即阻值随压力的变化率为负值；而p型半导体却为正值。8.4力的检测方法（3）压电效应有些结晶材料、陶瓷材料以及高分子材料等在压力作用下，内部分子的极化情况发生变化，使材料表面带电荷，称为压电效应。表面电荷会很快与环境中的杂散电荷或材料内部自由电荷中和，呈电中性，因此压电效应不能用来检测恒定压力。因为电荷中和时间远远大于在压力作用下的极化变化时间，所以它可以响应动态压力，用于加速度与振动检测中。除了作为传感器材料外，还可以作为执行器材料使用。因为给电极施加电压时，压电材料会发生机械形变。施加交流电压则产生振动，施加直流电压则发生一定位移。8.4力的检测方法（4）压敏导电橡胶在橡胶材料里掺入炭粉，当炭粉浓度达到某一极限值以上时，炭粉的颗粒部分发生接触，会呈现一定的电阻率。使这种橡胶板变形时，阻抗值将随变形的强弱而发生变化。这种压敏橡胶板被用作触摸式面板的开关阵列。8.4力的检测方法（4）压敏导电橡胶人工皮肤的4种感压信号输出结构8.5加速度与振动检测（1）加速度检测原理加速度和力是通过质量关系联系在一起的8.5加速度与振动检测（1）加速度检测原理弹簧质量系的固有角频率与支点的角振动频率关系：8.5加速度与振动检测（2）动电型振动检测方法在磁束密度为B的磁场中，长度为l的导体以速度v切割磁力线，导体两端产生电动势：

e=Blv利用这一原理检测振动速度，称为动电型振动检测。8.5加速度与振动检测（2）动电型振动检测方法动电型振动检测结构图1——引线2——重块3——膜片4——可动线圈5——磁铁6——外壳

8.5加速度与振动检测（2）动电型振动检测方法根据应变片悬臂梁检测加速度，在重块的惯性力作用下悬臂梁反复弯曲，根据弯曲变形可测得振动加速度和振动频率。

8.5加速度与振动检测（3）微机械加速度传感元件缓冲汽车撞击伤害力的空气包里，装有扩散硅压阻膜片的加速度传感器。顶部和底部的玻璃板之间夹着硅基片，硅基片上按一定晶向制成４个扩散压敏电阻，硅基片下部是按异方向性腐蚀方法切割成中部厚、边缘薄的杯状膜片的。中部厚膜相当于重块，在加速度作用下，产生大的惯性力使膜片变形。膜