位移传感器课件

1、位移传感器、1、交流PPT、位移传感器、位移测量包括偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、行程、宽度等。 来自不同应用领域的大量可以归结为位移和间隙的变化。 位移传感器也称为线性传感器，是属于金属感应的线性传感器，传感器的作用是将各种被测定物理量转换成电量。 生产过程中位移的测量一般分为实物尺寸和机械位移测量两种。 根据被测量变量的变换形式，位移传感器分为模拟式和数字式两种。 模拟式分为物性型和结构型。 2、学习交流PPT、机械位移传感器的分类、3、学习交流PPPT、电位计式位移传感器、电位计式位移传感器通过电位计元件将机械位移转换成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。

2、 4、学习交流PPT，电位计的旋转轴上的电刷将电阻R0分成R12和R23，输出电压为U12。 当电刷的接触位置改变时，电阻R12也改变，输出电压U12也改变。 通过测量和转换输出电压可以得到位移参数，5、学习交流PPT，传感器中常用的音量是绕组式音量、合成膜音量、金属膜音量、导电塑料音量、导电玻璃釉音量、光电音量6、交流PPT、金属膜体积、金属膜体积是用合金、金属和金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀法在陶瓷基体上沉积薄膜而制成的。 金属膜体积具有无限分辨率，接触电阻小，耐热性高，全负载达到70。 与绕组体积相比，分布容量和分布电感小，特别适合高频下使用。 噪音只是比绕组体积高。 金属体积的缺点

3、是耐磨性差，电阻值范围窄，一般为10100。 由于这些缺点，其使用范围受到限制。 7、交流PPT、导电塑料体积、导电塑料体积又称为实心体积，该体积的电阻是塑料粉和导电材料粉压制而成的。 导电性塑料体积耐磨耗性高，寿命长，刷子接触压力大，在振动、冲击等恶劣环境下也能可靠工作。 另外，其分辨率高，线性好，电阻值范围宽，可以承受大功率。 导电塑料体积的缺点是电阻值容易受到湿度的影响，难以实现高精度。 导电性塑料体积的标准电阻值为1 k、2 k、5 k和10 k，直线度为0.1%和0.2%。 8、学习交流PPT，角位移传感器的优点和缺点，优点：结构简单，性能稳定。 环境温度影响较小的缺点：受骨架尺寸和

4、导线直径的限制，分辨率小于20um的磨损影响寿命，噪音大，可靠性低。 应用：主要测量线位移和角位移，有9、交流PPT、电容位移传感器、电容位移传感器形式多种，经常使用变极距离式电容传感器和变面积式电容传感器进行位移测量。 空气介质变极距离式电容传感器的工作原理图。 一个电极板不动，称为固定极板，极板的面积，因为另一个极板可以左右移动，所以极板间距离d会发生变化。 学习10，交流PPT，变极距离式静电电容传感器的初始电容C0:测定电容变化量c，就可以计算极板间距的变化量，即极板的位移量d。 除了用变极距离式静电电容传感器测量位移外，还可以用变面积式静电电容传感器测量角位移。 学习c0=0a/d0

5、，11，交流PPT，(a )变极距离式图像(b )极间距式的特性(c )差动式的示意图，12，交流PPT，线圈式感应位移传感器，线圈式感应位移传感器主要由线圈和铁心构成，铁心插入线圈，通过往复移动铁心位移时，线圈的电感发生变化。 线圈的电感量和铁心插入线圈的长度处于铁心与被测量物一起移动，线圈的电感量发生变化的关系。其检测位移量可以从数毫米到数百毫米。 缺点是灵敏度低。 13、交流PPT、气隙传感器的结构原理图(a )学习一边式(b )差动式、14、交流PPT，学习气体间隙剖面式感应传感器，15、学习交流PPPT，向差动传感器、初级线圈L1施加交流励磁电压Uin，对次级线圈通过电磁感应由于两个

6、次级线圈串联连接成相反极性，所以两个次级线圈的感应电压UOUT1和UOUT2的相位相反，在铁心处于中心对称位置的情况下，由于uoou1=uoou2，因此UOUT=0。 在铁心向两端位移的情况下，由于UOUT1大于或小于UOUT2，所以UOUT不为零，其值与铁心的位移成比例。 学习16、交流PPT、差动变压器的输出特性(a )理想特性(b )零点残留电压(c )相敏感检波后的特性、17、交流PPT，线圈非对称的零点残留电压可以通过调节电枢的初始位置来消除，而相位误差的零点残留电压可以调节电枢的初始位置(1)从设计和技术方面要尽量确保线圈和磁路的对称性，选择高性能的磁导率材料，对磁性体进行热处理，

7、去除残馀应力，提高磁特性的均匀性和稳定性。 (2)采用相敏检测电路，不仅能够识别电枢的移动方向，还有利于消除零点残留电压。 (3)采用适当的补偿电路。 18、交流PPT、涡电流传感器，当形成的金属物体放置在变化的磁场中或在磁场中运动时，在金属导体中感应出一圈关于自己的电流，称为涡电流。 涡流式传感器是由绕线管上缠绕的导线构成的空芯线圈，与正弦交流电源连接，通过线圈的电流在线圈周围的空间中产生交变磁场。 当导电性金属接近该线圈时，如图3-20所示，在金属导体上产生涡电流。 涡流的大小与金属导体的电阻率、磁导率、厚度d、线圈与金属导体的距离x、线圈励磁电流的角频率等参数有关。 固定这些参数的一部分

8、，就可以根据涡电流的大小测定其他参数。 19、交流PPT、涡流作用原理图、20、交流PPPT、涡流可以用于测量各种形式的位移量。 (a )是涡轮主轴的轴向位移测量示意图，(b )是磨床的方向切换阀、先导阀的位移测量示意图，(c )是金属试料的热膨胀系数测量示意图。 学习了21、交流PPT、涡流式传感器的转换电路，在电气工学课程中知道电感和电容器可以构成谐振电路，所以电感式、电容式、涡流式传感器可以使用谐振电路进行转换。 谐振电路的输出也是调制波，是控制振幅变化的振幅调制波和控制频率变化的频率调制波。 振幅调制波必须经过振幅检测，且频率调制波必须经过频率调制，以获得测量的电压。 谐振电路的振幅调

9、制原理如下图所示。 学习22、交流PPT、谐振电路振幅调制电路图(a )的电路图(b )谐振特性曲线(c )振幅调制特性、23、交流PPT，晶体振荡器输出频率一定的正弦波，通过限流电阻r连接涡流传感器线圈和电容器的并联电路。 是LC谐振频率与水晶振动频率相等时输出电压振幅最大，偏移时输出电压振幅减少的振幅调制波。 该振幅调制信号在被高频放大、检测、滤波后，输出根据测定而变化的直流电压信号。 学习了涡流的轴向贯通深度的影响，涡流的轴向贯通深度是指涡流密度衰减到表面涡流密度的1/e时与导体表面的距离。 金属导体中涡电流的轴向分布呈指数规律衰减。 衰减深度t为：式中、导体电阻率； f是励磁电源的频率

10、。 (1)导体厚度的选择：用透射法测量厚度时，应使导体的厚度小于轴贯通深度。(2)励磁电源频率的选择：导体材料决定后，可以通过改变励磁电源频率来改变轴向贯通深度。 电阻率大的材料请选择高励磁频率。 电阻率小的材料请选择低的励磁频率。 26、学习交流PPT，涡电流的径向形成范围，线圈电流产生的磁场不能达到无限大的范围。 涡流密度也有一定的径向形成范围。 在线圈轴线附近，涡电流的密度非常小，越接近线圈的外径涡电流的密度越大，在与线圈外径的1.8倍相等的地方，涡电流的密度衰减到最大值5。 为了充分利用涡流效果，被测定金属导体的横向尺寸必须在线圈外径的1.8倍以上的圆柱状的被测定物，其直径必须在线圈外

11、径的3.5倍以上。 学习交流PPT，涡流强度与距离的关系涡流强度随着距离与线圈外径之比的增加而减少，当线圈与导体之间的距离大于线圈半径时，涡流强度已经微弱。 为了产生相当强度的涡流效果，通常将距离与线圈外径之比设定为0.050.15。 关于非被测量金属物的影响，任何金属物接近高频交流线圈时都会产生涡流，因此为了保证测量精度，测量时请勿使其他金属物接近传感器线圈。28、交流PPT、涡流涂层厚度计、涡流表面探伤、29、交流PPPT、数字位移传感器、数字位置传感器主要测量轴的旋转角度位置、速度变化和直线位移等。 现在主要介绍以下几个数字位移传感器。 旋转编码器光栅位移传感器、磁光栅位移传感器、30、

12、交流PPT、旋转编码器、旋转编码器也称为脉冲编码器，是测量轴的旋转角度位置和速度变化的位置检测元件，其输出为电脉冲。 编码器通常与驱动马达同轴地安装，驱动马达能够经由齿轮箱和同步带驱动丝杠，也能够直接驱动丝杠.具体实施方式。 随着电动机的旋转，编码器连续发出脉冲信号，数控系统通过信号的接收处理。 通过计算电机的旋转角度，计算出当前工作台的位置。 学习了31、交流PPT、32、交流PPT，旋转编码器可以根据光盘的读取方式分为光电式、接触式和电磁式。 由于光电式旋转编码器的精度和可靠性优于其他两种编码器，所以在数控机床中经常使用光电式旋转编码器。 光电式编码器根据编码旋转规律，分为绝对式编码器和增

13、量式编码器. 绝对值编码器：检测旋转角的绝对值增量编码器：不仅可以检测旋转角的大小，还可以检测旋转角的方向。 33、学习交流PPT、增量编码器的结构、34、学习交流PPPT、数字位置传感器的应用、35、学习交流PPPT、光栅位移传感器、光栅位移传感器(简称标尺)，是一种利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。 标尺位移传感器经常应用于机床、现在的加工中心、测量设备等，可以用于直线位移和角位移的检测。 36、学习交流PPT的常见光栅工作原理是基于物理云纹的形成原理工作的。 在指示光栅上的线型和尺度光栅上的线型之间形成小角度，并且两个尺度结晶生长面相对平行地配置时，在光源的照射下位于大致垂直的栅格中

14、，形成明暗之间的条纹。 这个条纹被称为“莫尔条纹”。 37、学习交流PPT，云纹有两个重要特性： (1)指示光栅不动，主光栅左右移动时，云纹沿指示光栅线的方向上下移动。 看莫尔条纹的上下移动方向，可以决定主光栅的左右移动方向。 (2)云纹具有扩大位移的作用。 当主网格在与刻度线垂直的方向上仅移动间距w时，云纹条纹以条纹间距b移动。当两个等尺光栅的晶格间角度小时，主光栅移动间距w，云纹移动KW的距离，k是云纹的放大率：这样，可以将肉眼看不到的光栅的位移改变为可见的云纹的移动，并且可以通过测量条纹的移动检测光栅的位移。 可进行高灵敏度的位移测量。 学习交流PPT、光栅位移传感器的结构和工作原理，由

15、主光栅、指示光栅、光源和光电元件等组成。 主格子和被测量物相连，随着被测量物的直线位移而移动。 当主晶格发生位移时，云纹随之位移。 用光电元件记录通过云纹的数量时，测量主光栅移动的距离，即被测量物的位移量。 学习交流PPT、光栅位移传感器的应用，光栅位移传感器：测量精度高(分辨率0.1m )，动态测量范围宽(01000mm )，能进行无接触测量，系统自动化和数字化容易。 广泛应用于机械工业，尤其是测量仪、数控机床闭环反馈控制、机床坐标测量等。 40、交流PPT、电网位移传感器、电网是有磁化信息的标尺。 在非磁性体的平坦的表面镀上约0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜。 使用录音头，在长度方向

16、上以一定的激光波长记录磁刻度线而构成。 磁栅也称为磁标尺。 磁栅记录后的磁化结构相当于一个小磁铁以NS、SN、NS的状态排列。 学习41、交流PPT、电网位移传感器，在软磁性材料制成的铁心上缠绕两个绕组，一个是励磁绕组，另一个是输出绕组，当高频励磁电流流过励磁绕组时，在标尺和磁头之间发生相对位移时，磁头的铁心具有磁标尺的磁通磁头接近磁尺时，感应电压根据磁尺的磁场强度周期的变化而变化，将位移量转换为电信号并输出。 学习42、交流PPT、43、交流PPT，下图是磁信号和静态磁头输出信号波形图。 磁头的输出信号被检测电路变换为电脉冲信号，并以数字形式表示。 学习了交流PPT、磁栅传感器的应用，磁栅的

17、种类分为单型直线磁栅、同轴型直线磁栅和旋转型磁栅等磁栅，主要用作大型机床和精密机床的位置和位移量的检测元件。 与其他类型的位移传感器相比，磁栅格具有结构简单、使用方便、动态范围大(120m )和可以重新记录磁信号等优点。 缺点是需要屏蔽和防尘。 45、交流PPT、电容网格位移传感器、电容网格传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，其电极排列为网格状。 46、交流PPT、激光位移传感器、激光位移传感器能准确地非接触地测量被测物的位置、位移等变化，主要应用于物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。 根据测量原理，激光位移传感器的原理分为激光三角测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度短距离测量，激光回波分析规律适用于远距离测量，以下分别介绍激光位移传感器原理的两种测量方式。 47、学习交流PPT、三角测量法，激光发射机通过镜头将可见的红色激光朝向被测量物的表面，物体反射的激光通过接收机镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据距离的不同，CCD线性相机以不同的角度“观看”该光点数字信号处理器可以根据该角度和已知激光与照相机之间的距离，计算传感器与被测量物之间的距离。 同时，光束在受光元件的位置用模拟和数字电路处理，用微处理器分析，计算对应的输出值，在用户设定的模拟窗口内，按比例输出标准数据信号。 使用开