第四章运动量检测技术.ppt

* 信息采集技术 第4章 运动量检测技术 运动量包括位移、转角（角位移）、尺寸、转速、力、重量、 扭矩、振动、速度和加速度等。 是非电量传感器的中间参数, 例如前面提到的弹性变形法测压力等都要经过运动量的转换。 位移是机械量中最基本的参数, 也是运动量检测的重点, 其 它运动量参数如力、力矩、速度、加速度和振动等, 都是以 位移测量作为基础的。 4.1位移检测 4.1.1位移检测方法 线位移和角位移检测。 （1）积分法、（2）相关测距法、（3）回波法 （4）线位移和角位移相互转换、（5）位移传感器 电子信息工程系 信息采集技术 4.1.2常用的位移传感器 （1）电感式位移传感器: 利用传感器线圈的电感变化来检测非电量的机电转换装置。 特点： a.结构简单、工作可靠、寿命长、精度高（分辨力达0.1um）。 b.缺点：线性范围小、不适于高频动态测量场合。 根据传感器线圈的接线方式分为：自感式和互感式。 根据传感器线圈的结构分为：变气隙型、变面积型 螺管型。 电子信息工程系 信息采集技术 变气隙型、变面积型 螺管型  电子信息工程系 信息采集技术 螺管型  电感传感器外形 电子信息工程系 信息采集技术 （2）电容式位移传感器: 特点： a.结构简单，能在恶劣环境下工作，可用无机材料（玻璃、石英、陶瓷）作绝缘支架，上面渡以金属作为极板，能承受相当大的温度变化及辐射，以及强烈振动，并可以在各向同性的电介质液中使用。 b.分辨力高（纳米级），动态特性好，电容传感器需要的作用能量极小。因而有较高的固有频率，同时能在几兆赫的频率下工作，从而保证有良好的动态响应能力。 c.小功率、高阻抗，本身发热量小。 d.本身损耗小，零点稳定；由于本身发热引起的 零漂，可以认为不存在。 e.变极距型广范用于微位移测量系统中。  电子信息工程系 信息采集技术 （3）感应同步器位移传感器: 是应用电磁感应原理把位移量转换成为数字量的位移传感器。 感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随相对位置不同而变 化的原理, 将直线位移或角位移转换成电信号的。 感应同步器有直线式和旋转式两种, 直线式（长）感应同步器由定尺和滑尺组成。 旋转式（圆）感应同步器由转子和定子组成。  电子信息工程系 信息采集技术  直线式（长）感应同步器 旋转式（圆）感应同步器 电子信息工程系 信息采集技术 特点： a.测量精度高，工作可靠。 b.抗干扰能力强，寿命长。 c.使用便利。 d.尤其适用于生产现场在线检测。 电子信息工程系 信息采集技术 （4）电涡流式传感器 根据法拉第电磁感应原理, 块状金属导体置于变化的磁 场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈涡旋 状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。  根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。 特点: A、能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。 B、具有体积小,灵敏度高,抗干扰能力强，频率 响应宽。 C、不受油污等介质影响，应用极其广泛。 D、有变间隙、变面积、螺管型。 电子信息工程系 信息采集技术 电涡流传感器 工作原理图 电子信息工程系 信息采集技术 根据法拉第定律, 当传感器线圈通以正弦交变电流I1时, 线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1,使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流 I2, I2又产生新的交变磁场H2。根据愣次定律, H2的作用将反抗原磁H1,导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。由上可知, 线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关, 又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率有关, 还与线圈与导体间的距离x有关。因此, 传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为 Z= F（ρ, μ, r, f, x） 式中: r——线圈与被测体的尺寸因子。 ? 如果保持上式中其它参数不变, 而只改变其中一个参 数, 传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过 与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量, 即可实现对 该参数的测量。 电子信息工程系 信息采集技术 电涡流传感器等效电路图 电涡流传感器－－－载流线圈和金属导体。 电子信息工程系 信息采集技术 电子信息工程系 信息采集技术 （5）光栅式数字位移传感器 光栅是一种在基体上刻制有等间距均匀分布条纹的光学元件。用于位移测量的光栅称为计量光栅。 下图为透射光栅的示意图。 图中a为刻线宽度, b为缝隙宽度,