项目二位移检测（课件）- 《传感器与检测技术（第3版）》同步教学（北京邮电版）

项目二 位移检测 目录/Contents 01 认识位移传感器 02 直线型光栅位移传感器的应用 03 超声波位移传感器的工作特性 2 任 务 一 认识位移传感器 认识位移传感器 4 知识目标 通过熟悉各种位移传感器,了解位移传感器检测的一般方法,掌握各种位移传感器的量程、精度等检测性能。 技能目标 通过实践操作和训练理解,初步认识各种位移传感器及其检测适应性,了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。 知识链接 位移传感器又称为线性传感器,是将位移量转换为电量(如电压或电流)的传感器。位移检测时应根据不同的检测对象,选择合适的检测点和检测系统。其中,位移传感器选择是否恰当对检测精度影响很大。 依据中间转换原理不同,位移传感器的分类见表2-1。位移检测系统的输入量为位移,输出量一般是电压、电流或者脉冲计数,输出量可通过专门的电路变化在数显表中表现为数字量。 知识链接 将被测量转换为电阻变化是电阻传感器的基本思路电阻的原理如图2-1(a)所示。对于一般的导体,其电阻有,如电下阻公式式位。 式中,R为电阻,Ω;ρ为电阻率,Ω·mm;l为导体长度,mm;S为导体截面积,mm2。 一、电阻尺 电刷滑动时,导线是一圈一圈被接入的,长度变化是不连续的,其与电刷滑动量之间呈现跃变特性,如图2-1(b)所示。这种跃变限定了变阻器的静态灵敏度,而动态灵敏度则由电刷的质量或转动惯量决定。 如图2-2所示的电阻尺,又称为导电塑料电位计或电压分配计等。电阻尺主要应用于测量位移和电阻为某种特定函数的场合。图2-2(b)所示为拉绳式电阻尺,由于绳子是柔性体,测量量程较大,甚至达到几十米,可以将其作为“能够发出信号的钢卷尺”。 为了扩大电阻尺的应用范围,出现了其他形式的电阻尺,如图2-3所示。图2-3(a)所示是圆环式电阻尺,当接触指针旋转时,A、B之间形成一个可变电阻,对应于指针的旋转角度, 这种方法可以测量角位移。 如果采用柔性的导电塑料卷制成圆形,也可通过测量电阻值的大小反映角度,这种方法的精度随圆形半径增大而无限增加,所以,也可作为特定场合下(如大型转台测量)角度的检测方案。图2-3(b)所示为一种非线性电阻尺,一般采用定制形式, 主要应用于位移和电阻为某种特定函数的场合。 图2-5所示为感应同步器在机床定位中的应用示例,滑尺与机床滑台一同运动,定尺固定在机床基础部分,滑尺由滑台带动在定尺上移动,使用时感应同步器需要配合专用数显表,数显表提供电源,并显示滑尺在定尺上的位置。其测长精度可达3μm/m。 二、感应同步器 感应同步器具有如下优点。 (1)精度高。 (2)检测长度不受限制。 (3)较高的环境适应能力。 (4)维护简单,寿命长。 (5)抗干扰能力强,工艺性好,成本较低,便于复制和成批生产。 旋转式感应同步器由定子和转子两部分组成,它们呈圆片形状,用直线式感应同步器的 制造工艺制作两绕组,如图2-7所示。 如图2-8所示,脉冲发生器发出频率一定的脉冲系列,输出参考信号方波和指令信号方波,指令信号方波使励磁供电线路产生振幅频率相同而相位差为90°的正弦信号电压和余弦信号电压,供给感应同步器滑尺或者定尺绕组。 三、磁栅尺 图2-9所示的磁栅尺在使用时,需要将磁栅尺带粘接到设备表面。磁栅尺上为移动的读数头,可以连接于专用的数显表或者数据采集卡中。除图中显示的磁栅尺结构外, 还有和前述电阻尺类似的封装为一体的磁栅尺结构。 扩展知识:球栅尺 球栅尺如图2-10所示,是20世纪90年代出现的产品,原产地为英国。它是利用导磁介质的变化实现电磁/磁电转换的。球栅尺的尺身由高等级无缝钢管和若干个精密钢球密闭组合而成。由感应器产生的电磁切割钢管中的精密球,把它分割成2450份,每份5μm。由于球栅尺是密闭结构,所以其最大的优点是不怕油、水和灰尘;整体尺身长度可达8m,拼接可达30m;而且使用寿命长,安装简单,对使用环境要求低。 扩展知识:球栅尺 球栅尺应用实例如图2-11所示,只需要配合数显表就可使用,信号与其他机床信号相同,互换性很强。 扩展知识:球栅尺 四、光电编码器 1.增量式光电编码器 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器,是目前角位移检测中应用最多的传感器。增量式光电编码器由光栅盘(码盘)和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电编码盘自身有旋转轴,当旋转轴旋转时,经光敏二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若 干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映编码器轴的转速或者加速度。 光电编码器系统结构如图2-12所示。为判断旋转方向,码盘提供相位差90°的两组透光孔,组成辨向系统,通