光栅位移测量原理.PPT

第五章 运动量及振动检测技术 概述 5.1 位移检测 5.2 速度检测 5.3 加速度检测 5.4 机械振动测量 5.1 位移检测 位移是向量，是指物体或其某一部分的位置相对参考点在一定方向上产生的位置变化量。 因此位移的度量除要确定其大小外，还要确定其方向。 5.1.1 位移检测方法 位移的检测包括线位移和角位移的测量 位移测量包括了长度、厚度、高度、距离、镀层厚度、表面粗糙度、角度等 常用位移测量方法如下： （1）测量速度积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移转换法 （4）位移传感器法 5.1.1 位移检测方法 （1）测量速度积分法 测量运动体的速度或加速度，经过积分或二次积分求得运动体的位移。 例如在惯性导航中，就是通过测量载体的加速度，经过二次积分而求得载体的位移。 5.1.1 位移检测方法 5.1.1 位移检测方法 5.1.1 位移检测方法 5.1.2 线位移检测 位移的传感器种类繁多，可根据位移检测范围变化的大小选用。 下面介绍几种线位移传感器。 图5-1(b)中，测量轴与内部电位器电刷相连，当其与被测物相接触，有位移输入时，测量轴便沿导轨移动，同时带动电刷在滑线电阻上移动，因电刷的位置变化会有电阻变化，由电路转换成电压输出，就可以判断位移的大小。如要求同时测出位移的大小和方向。可将图中的精密无感电阻和滑线电阻组成桥式测量电路。 在电位器A、C两端接上激励电压Ui，则当电刷在输入位移驱动下移动时，B、C两端就会有电压输出Uo。设电位器为线性，长度为l，总电阻为R，电刷位移为x，相应电阻为Rx，负载电阻为RL，根据电路分压原理，电路的输出电压为： 优点 结构简单, 价格低廉, 性能稳定, 对环境条件要求不高, 输出信号大，便于维修。 缺点 电刷与电阻元件之间存在摩擦, 易磨损，易产生噪声，分辨力有限, 精度不够高, 要求输入的能量大，动态响应较差，仅适于测量变化较缓慢的量。 测量原理： 电感式位移传感器利用电磁感应定律将被测位移转换为电感或互感的变化。按传感器结构的不同，可分为自感式（电感式 ）、互感式（差动变压器 ）和电涡流式。 经过推算可以知道线圈的自感量L有如下关系式： 其中δ—空气隙厚度；S—磁路有效截面积；N—线圈匝数；μ0—空气磁导率 结论：只要被测位移能够引起空气隙δ或等效截面积S变化，线圈的自感量就会随之变化。 存在问题？ 三种类型的自感位移传感器在工作时，由于线圈中通有交流励磁电流，衔铁始终承受电磁吸力，因而会引起振动及附加误差，而外界的干扰如电源电压频率的变化，温度的变化也会造成测量误差，另外，非线性误差较大。 减小电磁吸力的作用，对温度、电源频率变化的影响也可以互相抵消，大大提高传感器的灵敏度，改善线性，减少测量误差。 具有较高的精度与分辨力。 测量长度范围不受限制。 抗干扰能力强。 使用寿命长，维护简单。 工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。 输出信号较弱，需要高放大倍数的前置放大器。 扩展阅读 扩展阅读 几种常用的角位移传感器 1. 旋转变压器 2．微动同步器式角位移传感器 3. 数字式角编码器 旋转变压器 旋转变压器 旋转变压器 旋转变压器 旋转变压器 微动同步器式角位移传感器 数字式角编码器 数字式角编码器 数字式角编码器 数字式角编码器 数字式角编码器 扩展阅读 5.1 位移检测 5.2 速度检测 5.3 加速度检测 5.4 机械振动测量 5.2 速度检测 5.2.1 速度测量方法 微、积分测速法 线速度和角速度相互转换测速法 利用物理参数测速法(速度传感器法) 时间、位移计算测速法 5.2.1 速度测量方法 （1）微、积分测速法 对测得的物体运动的位移信号微分可以得到物体运动速度，或对测得的物体运动的加速度信号作时间积分也可以得到速度。 例如在振动测量时，应用加速度计测得振动体的振动加速度信号，或应用振幅计测得振动体的位移信号，再经过电路进行积分或微分运算而得到振动速度。 5.2.1 速度测量方法 （2）线速度和角速度相互转换测速法 线速度与角速度在同一运动体上是有固定关系的，在测量时可以采用互换的方法达到方便测量的目的。 例如测火车行驶速度时，直接测线速度不方便，可通过测量车轮的转速，换算出火车的行驶速度 5.2.1 速度测量方法 （3）利用物理参数测速法(速度传感器法) 利用各种速度传感器测量与速度大小有确