位移传感器概述.ppt

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位移检测 一、长度及线位移检测 1、电感式位移传感器 一、长度及线位移检测 电感位移传感器—基本形式 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 电感位移传感器 一、长度及线位移检测 电感位移传感器 一、长度及线位移检测 2、光栅位移传感器(Grating) 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 (2) 光栅传感器特点 ①精度高:测长±(0.2+2×10-6L)μm,测角±0.1″ ②量程大:透射式---光栅尺长(1米),反射式---几十米 ③响应快:可用于动态测量 ④增量式:增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高:对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 ⑥成本高:电路复杂 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 2、光学干涉(Interference) 一、长度及线位移检测 一、长度及线位移检测 双频激光干涉位移传感器 一、长度及线位移检测 激光干涉位移传感器 二、角度及角位移检测 1、绝对码光电编码器 二、角度及角位移检测 二、角度及角位移检测 二、角度及角位移检测 2、增量码光电编码器 二、角度及角位移检测 3、圆光栅传感器 二、角度及角位移检测 三、绝对测距 1、电涡流测距 三、绝对测距 三、绝对测距 三、绝对测距 三、绝对测距 2、激光测距传感器 三、绝对测距 三、绝对测距 3、超声测距传感器 * 位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动,因此位移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合,则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量。 位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测量;从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数,如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。 W---线圈匝数 Rm---磁路总磁阻 li---各段导磁体的长度 ui---各段导磁体的磁导率 Ai---各段导磁体的截面积 (1) 变气隙式 思考:灵敏度? 线性度? 线圈 铁芯 衔铁 改进方法? 差动式 (2) 变面积式 (3) 螺管式 (2) 变面积式 (3) 螺管式 蔡萍教材P40 图3-5 意大利Marposs: 中国中原量仪: (1) 光栅传感器原理 (莫尔条纹) 构成: 叠合 主光栅 指示光栅 夹角 明暗相间条纹 莫尔条纹 移动 条纹宽度: W-栅距, a-线宽, b-缝宽 W=a+b ,a=b=W/2 主光栅---标尺光栅,定光栅; 指示光栅---动光栅 莫尔条纹特性: 方向性:垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直 同步性:光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 放大性:夹角θ很小 → BW → 光学放大 → 提高灵敏度 准确性:误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度 (3) 光栅传感器结构 1 – 主光栅尺(定光栅) 2 – 指示光栅(动光栅) 3 – 光电元件 4 – 透镜 5 – 光源 透射式结构: 反射式结构: 光源 → 指示光栅 → 透射 → 主光栅 →光电元件 光源 →主光栅 → 反射 →指示光栅 →光电元件 (4) 代表性产品: 德国Heidenhain(海德汉): 封闭式:量程3000mm,分辨力0.1 ?m 开放式:量程1440mm,分辨力0.01?m 开放式:量程270mm 分辨力1nm 英国Renishaw(雷尼绍): 量程:任意 分辨力: 0.1 ?m 0.01 ?m 中国长春光机所: 量 程:1000mm 分辨力:0.01 ?m 精 度:2 ?m 干涉原理(单频干涉): 两束同频光束在空间相遇会发生干涉条纹,其亮暗程度取决于两束光间的相位差Δφ 亮条: 暗条: Δφ=2kπ, k=0,1,l,2,… 相消干涉 Δφ=2kπ, k=0,1,l,2,… 相长干涉 结构: 实现要点:(1)单一光源 光源 观察屏、光电接收 固定 反射镜 被测物体 半透半反镜 (4)分光镜(半透半反) (5)固定参考反射镜 (2)被测物体 (3)光电接收 测量原理: 激光器发出一束激光, 含有两束偏振光: 左旋光,频率f1 右旋光,频率f2, 振幅相同, 频率相差约2MHz。 激光束 分光器 参考光束 测量光束 光电检测 λ/4波片 渥氏棱镜 f2→光电检测 f1→角锥棱镜 参考信号 测量信号 f2-f1 ±Δf f1±Δf1 f2-(f1± Δf) HP5528A Laser interferometer: 量程:100m 分辨力: 0.01

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