传感器与检测技术项目教程模块九、小位移检测（上）.ppt

模拟式及数字式电感测微仪比较 轴向式电感测微器特性 量程±3μm时的绝对误差：0.1μm 长时间稳定性：≤0.1μm/4h （预热15min后，±3μm档。） 温度特性：≤1分度值/10℃ 电源电压：17V～25V的 范围内变化时，对示值 的影响≤1/7满度值。 差动变压器式厚度测量原理 差动变压器式布匹张力控制 当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大，导致张力辊向上位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N21与N1之间的互感量M1减小，N22与N1的互感量M2增大，因此U21减小，U22增大，经差动整流之后，Uo2为负值，去控制伺服电动机，使它的转速变慢，从而使张力恒定。 * * 差动变压器式布匹张力控制（放大图） * * 由于两个绕组的结构完全对称， 电磁吸力以及温漂大部分相互抵消。 差动电感传感器动作演示 差动螺线管式 差动变隙式 差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。 差动式电感传感器的特点 线性度改善， 灵敏度是非差动的2倍。 差动电感传感器的特性 图9-5 差动线圈与单线圈变气隙电感式 位移传感器的特性比较 1－上绕组特性 2－下绕组特性 3－L1、L2差接后的特性 从输出/输入特性曲线图可以看出，与非差动电感传感器相比较，差动式电感传感器的特性曲线的斜率变大，灵敏度提高；输出曲线变直，线性度改善。 5.电感传感器的测量转换电路 图9-6 差动电感式传感器的交流电桥电路 5.电感传感器的测量转换电路 图9-6 （续） 1－衔铁的位移曲线 2－激励源波形 3－交流电桥的输出波形 4－普通检波后的直流平均值 5－相敏检波后的直流平均值 t0－衔铁上下位移到达差动 螺线管绕组中间位置的时刻 e0－零点残余电压的瞬时值 E0－零点残余电压的平均值 采用相敏检波电路的必要性 检波：将交变信号转换为直流平均值。 检波电路的作用是将电感的变化转换成直流电压或电流，以便用仪表指示出来。但若仅采用电桥电路配以普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出电压的相位和位移的方向。 如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映幅值（位移的大小），还可以反映输出电压的相位（位移的方向）。这种检波电路称为相敏检波电路。 普通的整流电路及波形 只能得到单一方向的直流电，不能反映被整流信号的相位。 全波整流后,正负半周均变为正电压 检波用于信号转换； 整流用于功率转换。 一种典型的相敏检波电路（有集成模块） 参考电压UR起相敏开关电路作用，并能克服检波二极管死区电压对小信号检波的影响。 相敏检波电路的输出波形比较 第1根信号波形为传感器输出电压us的波形，由被测物的低频振动所调制；第2根为参考电压UR的波形，（大于被测信号10倍以上）； 第3根为相敏检波后的低频振动波形（解调信号) 。 相敏检波输出特性与非相敏检波比较 图9-7 不同检波方式的输出特性曲线 a）普通检波 b）相敏检波 1－理想特性曲线 2－实际特性曲线 E0－零点残余电压 Δx0－位移的不灵敏区 具有中央零位的 指示仪表 实测得到的 相敏检波电路的特性曲线 通过调零电路，可使输出曲线平移到原点的上下。 衔铁位移时的实验数据及曲线 麻点是微小的干扰（也称为噪声） “之”字形曲线是正向与反向的“迟滞特性” 二、差动变压器式位移传感器 复习电工知识： 全波整流电路中用到的“单相变压器”有一个一次绕组，有两个二次绕组。 当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在两个二次线圈中产生感应电动势E2a、E2b。在全波整流电路中，两个二次绕组正向串联。 普通的全波整流变压器接线 两个二次侧绕组同向串联（第一个绕组的尾端与第二个绕组的首端相连），串联后的输出电压等于两个绕组电压之和。 普通整流用的变压器的两个二次绕组N21、N22的有关端点按全波整流电路的连接（头尾连接） Uo 10V 10V =20V 接地 1.差动变压器式传感器的工作原理 差动变压器是把被测位移量转换为一次线圈与二次绕组间的互感量M的变化的装置。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。 目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。 图9-8 差动变压器的结构示意图原理图 1一次绕组 2－二次绕组 3－衔铁 4－测杆 5－被测工件 差动变压器式传感器的工作原理（续） 图9-9 理想差动变压器原理图 * * 差动变压器式传感器的结构 在差动变压器的线框上绕有一个输入绕组（称一次绕组）；在同一线框的上端和下端再绕制两个完全对称的绕组（称二次线圈），它们反向串联（输出电压相互抵消），组成差动输出形式