第6章位移及速度检测素材.ppt

1、第六章位移和速度检测、位移和速度是描述物体运动的量，称为动量。动量是最基本的量，动量测量是最基本、最常见的测量，是测量力、压力、振动等大量物理量的前提。位移分割位移和角度位移。速度分割速度和角速度。根据位移结果，将位移转换为：以模拟量。将位移转换为数值量。根据位移大小检测：微位移；小位移检测大位移检测，6.1电感传感器，电感传感器利用测量的变化，产生线圈电感或互感系数的变化，产生线圈电感变化，使测量成为可能。感应传感器的工作标准：电磁感应定律，6.1.1感应传感器的工作原理和分类，感应传感器也称为磁感应传感器或可变磁电阻传感器。传感器由线圈、铁芯和继电器三部分组成。铁芯和继电器是用磁性材料制成

2、的。6.1.1电击型传感器的工作原理和分类，工作原理：铁芯和继电器之间有空气间隙，传感器的运动部分与电枢连接。当电枢移动时，气隙厚度发生变化，由于磁路的磁阻变化，电感线圈的电感值发生变化，因此，只要能够测量电感的变化，就可以确定电枢位移的大小和方向。线圈电感：根据磁路欧姆定律：耦合2式可用：6.1.1电感传感器的工作原理和分类，常识上的Rm是磁路的总磁阻。气隙小，可以认为气隙的磁场均匀。如果忽略磁路磁损耗，则磁路的总磁电阻通常是比磁芯和电枢大得多的磁电阻，即6.1.1刘涛传感器的工作原理和分类，以上各种联立，即：如上所述：当线圈匝数为常数时，电感L表示磁路的磁电阻Rm的功能、变化或可变磁电阻传

3、感器具有可变气隙厚度(，6.1.1刘涛传感器的工作原理和分类，刘涛传感器的分类：6.1.2刘涛传感器的输出特性，在电枢处于初始位置时，初始电感在电枢上升时传感器气隙减小，即，=0-时，泰勒级数展开，可以得到电感增量L和初始电感L0的相对增量L/L0表达式。也就是说，6.1.2电感传感器的输出特性同样，当电枢随着测试体的初始位置向下移动时：线性处理上述等式，可用：灵敏度：灵敏度非线性严重，自由行程小，制造组装困难。适用于小位移测量。6.1.2刘涛传感器的输出特性，2，可变截面电感传感器保持渗透率和气隙长度L不变，仅改变气隙有效截面面积S。也就是说，可以使用s作为传感器的输入量，创建可变截面自感传

4、感器，常用于角度位移测量。结构原理如上图所示。6.1.2刘涛传感器的输出特性，可变截面磁感应传感器的转换关系为线性。同时灵敏度k是常数。可变区域传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性为线性，可以获得更大的线性范围。与气隙相比灵敏度低。6.1.2刘涛传感器的输出特性，3，螺纹管状电感传感器的磁场分布不均匀，理论上难以分析。实验表明，输出是非线性关系，灵敏度低。测量范围广。最好测量大位移，因为结构简单，装配容易，可以使海螺管道更长。6.1.3差动电感传感器原理，在实际测量中广泛使用差动应变式电感传感器，提高测量灵敏度，减少非线性误差。，6.1.3差动电感传感器原理，当电枢向上移动时，线圈的

5、总电感变化量L线性处理常形。即，高阶、6.1.3差分电感传感器原理，灵敏度K可从上面看到。差动可变间隔自感传感器的灵敏度是单线圈传感器。单线圈忽略上述高项，差动式忽略上述高项，从而大大提高了差动式自感器线性度。6.1.3差动电感传感器原理，与单边的相比，差动电感传感器具有以下优点：1.灵敏度增加了一倍。2.有温度自补偿作用，外部磁场干扰能力强。电磁吸力徐璐抵消，线性度高。6.1.4刘涛位移计，1轴刘涛位移计结构2，刘涛位移计测量电路，1导线2固定磁通3系铁4线圈5弹簧6转圈7球轨8杆9密封套10更换式头，a，b 2点的电位差为输出电压1。电枢输出电压为，6.1电感传感器，电感传感器比其他传感器

6、结构简单，工作稳定分辨率高，可以测量0.1米以下的机械位移，可以感觉到0.1秒的小角度位移。重复性好，线性度高。在一定位移范围内，输出线性度可达0.1%，且相对稳定。主要缺点是有零点剩余电压，灵敏度、线性度和测量范围徐璐受到限制，传感器本身的频率响应低，不适合快速动态测量。6.2差动变压器位移计，将测量的非电容变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感传感器。该传感器是根据变压器的基本原理制造的，二次绕组以差动形式连接，称为差动变压器传感器。6.2.1差动变压器工作原理和特性，差动变压器结构如图所示。在铁芯中间时，输出电压：铁芯向右移动时，输出电压：铁芯向左移动时，输出电压：输出电压的方向反映铁芯

7、的移动方向，大小反映铁芯的位移大小。6.2.1差动变压器的工作原理和特性，输出特性如图所示。6.2.1差动变压器工作原理和特性，当电枢位于中心位置时，差动变压器输出电压不为零。我们称差动变压器为0位移时的输出电压为0点剩余电压，其存在使传感器的输出特性不通过0，使实际特性与理论特性完全不一致。零剩余电压危险：测试结果带来错误。使灵位附近不敏感。6.2.1差动变压器的工作原理和特性，减少零余量的方法：最大限度地保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称性。磁性材料应消除内部残余应力，使性能均匀稳定。选取适当的测量电路，例如，使用相位感应整流电路。不仅可以确定铁的移动方向，还可以改善输出特性，减

8、少0点剩余电动势。使用补偿线路，可以减少0点剩余电动势为差动变压器的二次侧弦、平行适当值的电阻容量分量，从而在调整这些分量时减小0点剩余电动势。(莎士比亚，逆，逆，逆，逆，逆，逆，逆)，6.2.2差动变压器位移计，总行程：100毫米线性度：0.15%，总行程：2 7毫米测量力：)3测量杆；4活动核心；5线圈框架；6线7屏蔽筒8圆板弹簧；9弹簧10防尘罩，二次变压器位移计的测量电路1。大位移测量电路电路如图所示。如果仅测量位移大小，请使用图a，b回路。测量大小和方向时，使用图C，D中的相位检测电路。6.2.2差动变压器位移计，2 .这是一个小位移测量电路DGS20C/A型微米的框图。6.2.2差

9、动变压器位移计，6.3电位器传感器，由于测量的变化，电位器电阻值发生变化的敏感元件称为电位器传感器。6.3.1电位器传感器的基本工作原理电位器电阻传感器的结构如图(A)所示，是线性电位器，是可测量的线位移。(b)旋转电位计，可测量的角度位移。6.3.2电位器传感器输出特性，(RL20R，R非线性误差小于1.5%)，6.3.3电位器传感器结构，1。电阻：对电阻线的要求是电阻系数大。2.骨架：骨架材料具有一定形状的表面绝缘电阻高，散热力好。常用的有陶瓷、酚醛裴秀智、工程塑料等。3.刷子：刷子和电阻材料要适当配合，接触电势小，有一定的接触压力。这可以减少噪音。6.3.4电位差计位移传感器，YHD电位

10、差计位移传感器的结构如图所示。测量轴1与被测量对象接触，并且在有位移输入的情况下沿测量轴上的轨道5移动，同时移动笔刷3。6.5光栅位移测试、光栅位移传感器、测量光栅，也称为测量光栅，主要用于长度和角度的精密测量。6.5.1光栅的基本结构1，光栅：光栅在透明玻璃上雕刻了很多平行等距离刻度。结构如图所示。1.轴线：平行等距离记号2。点阵式节距(点阵式节距或点阵式常数):d=a b，6.5点阵式位移测试，2，点阵式分类点阵式根据用途分割点阵式和环形点阵式。计量光栅分类如图所示。6.5.2光栅传感器的工作原理，1，光栅传感器的配置光栅传感器的配置如图所示。光栅传感器由光栅、光路、光电元件、转换电路等组

11、成。指示光栅应放置在主光栅的第一个焦平面上。它们之间的距离是，W是格点。为了波长，2，莫尔条纹1。莫尔条纹：光栅式传感器的基本工作原理是利用光栅的莫尔条纹现象测量的。莫尔条纹如图所示。在刻线重合的地方，光线通过缝隙形成明亮的腰带。在角线交错的地方形成黑带。6.5.2光栅传感器的工作原理，2 .莫尔条纹的特征(1)运动响应：莫尔条纹的移动量和移动方向与表示主光栅的位移量和方向的主光栅相比严格对应。如图所示。6.5.2光栅传感器的工作原理，(2)减少误差(3)扩大位移：莫尔条纹的间距随光栅吴宣仪角度变化，其关系如下：如上所述，越小条纹间距B越大，莫尔条纹越大，其放大系数为，6.5.2光栅传感器的工

12、作方式，3。可以看作是叠加在直流元件上。也就是说，6.5.2光栅传感器的工作原理，优点：测量精度高、分辨率高、抗干扰能力强，防止了阅读标尺和图表时出现人为错误，使计算机处理更加容易。，6.6码磁盘传感器，编码器的种类多种多样。主要分为脉冲盘(增量编码器)和代码盘编码器(绝对编码器)。关系如下：编码器、脉冲圆盘编码器(增量编码器)、码盘编码器(绝对编码器)、添加或减去接触编码器脉冲的计数系统(正向或反向旋转时)，通常需要零基准数据以完成角度位移测量。6.6.1增量编码器，图中的信号A和B是相位差90度的方波。如果a相在b上之前，则相应的工作轴正向旋转。如果步骤b先于步骤a，则相应的工作轴将旋转到

13、相反的方向。如果在该方波的前边缘或后边缘生成计数脉冲，则可以形成表示正向角度位移和逆角度位移的脉冲序列。每当工作轴旋转一周，光电元件就会产生Z相1旋转基准脉冲信号。将6.6.2码盘传感器(光电码盘)、光电方法测量的角度位移转换为用数字码表示的电信号的传感器。光电码盘传感器主要由安装在旋转轴上的码盘(码盘)、窄间隙、光盘两侧的光源、圆柱镜和感光元件组成。基本结构如图所示。1、2进制代码磁盘是4位二进制代码磁盘，如图所示。黑色部分输出为0，空白部分输出为1。共4圈码的道路，从内到外C4，C3，C2，C1码的道路。6.6.2码磁盘传感器(光电代码盘)、6.6.2码磁盘传感器(光电代码盘)、如图所示，

14、4位二进制磁盘、最里面的圆磁盘反光、半不透明、最外面的圆共24=角度方向对应于徐璐的其他编码。例如，零a等于0000(全黑)。第七位置h对应于0111。这样，无论旋转中间过程如何，都可以根据码的开始位置和结束位置确定角度位移。n位二进制磁盘的最小分辨率，即可分辨的角度为=360/2n，4位二进制磁盘，最小分辨率角度=22.5。二进制磁盘具有以下特征：1.n位二进制磁盘具有2n种不同的编码，容量为2n，分辨率角度为2。2.二进制代码是权限代码。编码CNN-1C1对应于从0计算的拐角：6.6.2。误差：由于评分误差等原因，在某个高的地方提前或推迟更改会导致粗差(非单值误差)。6.6.2码盘传感器(

15、光电代码盘)，H位置，代码C4黑色区域太短，将被误读为111。在I位置时，如果代码C4黑色区域过长，则被误认为0000。6.6.2码磁盘传感器(光电代码盘)，可以使用循环代码代替二进制代码来消除粗糙错误。循环代码是未经授权的代码，从任意数字更改为相邻数字时，仅更改一位数字。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视剧)，)如果一码路有误差，误差不太大，只有一个代码能产生读数误差，那么最大误差只是最低的位数。2，循环代码磁盘图是4位循环代码磁盘，表6.6.2是十进制、二进制和4位循环代码的比较表。将二进制代码转换为循环代码的规则是，二进制代码将自身向右移动一位，然后舍入最后一位数字，在不舍入的情况下添加循环代码。6.6.2码磁盘传感器(光电代码磁盘)，6.6.2码磁盘传感器(光电代码磁盘)，表6.6.2，R表示循环代码，C表示二进制代码，6.6.2码磁