4位移传感器演示幻灯片.ppt

第 4 章 位移、物位传感器 63 ? 工作时，由电子仓内电子电路产生一 起始脉冲 ，此起始脉冲在波导线中 传输时，同时产生了一沿波导线方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁 环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动， 这一扭动被安装在电子仓内的 拾能机构 所感知并转换成相应的电流脉冲 即 终止脉冲 ，通过电子电路计算出 起始脉冲和终止脉冲之间的时间差 ， 即可精确测出被测的位移和液位。 图 4-26 磁致伸缩液位传感器结构原理图 电子仓内 电子电路 产生 起始脉冲 磁致伸缩效应 终止脉冲 图 4-27 磁致伸缩液位传感器的外形图 第 4 章 位移、物位传感器 64 第 4 章 位移、物位传感器 31 4.2.4 光栅位移传感器的特点及应用 ? 由于莫尔条纹是明暗交替的，当莫尔条纹上下移动时，只要用光敏 元件检测出来 明、暗的变化 ，就可得知位移的大小，实现测量结果 的二值化。另外莫尔条纹是由光栅的大量刻线形成的，对刻线误差 有平均作用，能在很大程度上消除刻线不均匀引起的误差。 ? 由于光栅位移传感器测量精度高（分辨率为0.1μm）、动态测量范 围广（ 0 ～ 1000mm ），可进行无接触测量，而且容易实现系统的自 动化和数字化，因而在机械工业中得到了广泛的应用，特别是在量 具、数控机床的闭环反馈控制、工作主机的坐标测量等方面，光栅 位移传感器都起着重要的作用。图 4-12 所示为光栅位移传感器在 机床加工方面的应用实例。 第 4 章 位移、物位传感器 32 图 4-12 光栅位移传感器在机床加工方面的应用 第 4 章 位移、物位传感器 33 ４ .3 磁栅位移传感器 ? 磁栅是一种有磁化信息的标尺 ，它是在非磁性体的平 整表面上镀一层约 0.02 ㎜厚的 Ni-Co-P 磁性薄膜 ，并用 录音磁头沿长度方向按一定的激光波长λ 录上磁性刻 度线 而构成的，因此又把磁栅称为 磁尺 。 ? 录制磁信息时，要使磁尺固定，磁头根据来自激光波 长的基准信号，以一定的速度在其长度方向 上边运行 边流过一定频率的相等电流 ，这样，就在磁尺上记录 了相等节距的磁化信息而形成磁栅。 4.3.1 磁栅的概念 第 4 章 位移、物位传感器 34 ４ .3 磁栅位移传感器 ? 磁栅录制后的磁化结构相当于一个个小磁铁按 NS 、 SN 、 NS……的状态排列起来，如 图４ -13 所示。因此在磁栅 上的磁场强度呈周期性地变化，并在 N-N 或 S-S 相接处 为最大处。 图 4-13 磁栅的基本结构 第 4 章 位移、物位传感器 35 4.3.2 磁栅的种类及特点 ? 磁栅的种类可分为单面型直线磁栅、同轴型直线磁 栅和旋转型磁栅等。 ? 磁栅主要用于大型机床和精密机床作为位置或位移 量的检测元件。磁栅和其他类型的位移传感器相比， 具有结构简单，使用方便，动态范围大（ 1 ～ 20m ） 和磁信号可以重新录制等优点。其缺点是需要屏蔽 和防尘。 第 4 章 位移、物位传感器 36 4.3.3 磁栅位移传感器的结构 和工作原理 ? 磁栅位移传感器由 磁尺（磁栅）、磁头和检测电路 组成。 ? 工作原理是 电磁感应原理 ，当线圈在一个周期性磁体表面附 近匀速运动时，线圈上就会产生 不断变化的感应电动势 。感 应电动势的大小，既和线圈的运动速度有关，还和磁性体与 线圈接触时的磁性大小及变化率有关。根据感应电动势的变 化情况，就可获得线圈与磁体相对位置和运动的信息。 ? 磁尺是检测位移的基准尺，磁头用来读取磁尺上的记录信号。 按读取方式不同，磁头分为 动态磁头和静态磁头 两种。 第 4 章 位移、物位传感器 37 1. 动态磁头 ? 动态磁头上 只有一个输出绕组 ，只有 当磁头和磁尺相对运动时才有信号 输出 ，因此又称动态磁头为速度响应磁头。运动速度不同，输出信号的 大小和周期也不同，因此，对运动速度不均匀的部件，或时走时停的机 床，不宜采用动态磁头进行测量。但动态磁头测量位移较简单，磁头输 出为正弦信号，在 N 、 N 处达到正向峰值，在 S 、 S 处为负向峰值如图 4-14 所示，通过计数磁尺的磁节距个数（或正弦波周期个数），就可知道磁 头与磁尺间的相对位移量。图 4-14 动态磁头输出波形与磁栅位置关系 . ? 式中 n ——正弦波周期个数 （磁节距个数） W ——磁节距 x n W ? 图 4-14 动态磁头输出波形与磁栅位置关系 第 4 章 位移、物位传感器 38 2. 静态磁头 ? 静态磁头是一种调制式磁头， 磁头上有两个绕组，一个是 激 励绕组 ，加以 激励电源电压 ， 另一个是输出绕组。即使在磁 头与磁尺之间处于相对静止时， 也会因为有交变激励信号使输 出绕组有感应电压信号输出。 如图 4-15 所