传感器与检测技术应用_教学课件_刘水平 杨寿智 模块六位移检测

在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 1 模块六模块六 位移检测位移检测 2 学习目标学习目标 qq了解位移的概念了解位移的概念 qq熟悉电阻线位移传感器、光栅传感器、熟悉电阻线位移传感器、光栅传感器、 感应同步器的位移测量原理及使用方法感应同步器的位移测量原理及使用方法 qq掌握常用位移测量元件的外形及接线方掌握常用位移测量元件的外形及接线方 式式 qq了解电阻线位移传感器、光栅传感器、了解电阻线位移传感器、光栅传感器、 感应同步器的应用感应同步器的应用 3 课题一课题一 电阻位移传感器电阻位移传感器 测位移测位移 4 一、基础知识一、基础知识 1 1、工作原理、工作原理 电阻位移传感器是一种把机械位移转换为 电阻变化的传感器，从而引起输出电压或 电流的变化。 直线位移传感器 角位移传感器 5 电阻线位移传感器由电阻体和电刷（也 称可动触点）两部分组成 。可作为变阻 器作用，也可作为分压器使用。 6 2 2、内部结构及连接方式、内部结构及连接方式 电阻线位移传感器结构 电缆引出线有3根，分别为黄、绿、红三色。 电缆引线也是3根，分别为黑、红、白三色，黑、 红线为传感器电阻体两端，白线为导电层引线。 7 二、课题实施二、课题实施电阻线位移传感电阻线位移传感 器位移测量器位移测量 1 1、训练目的、训练目的 （1）熟悉电阻线位移传感器基本特征和工作原理 ； （2）熟悉电阻线位移传感器的外形结构 ； （3）通过普通滑线电阻器掌握电阻线位移传感器 位移测量方法 。 2 2、训练设备、训练设备 滑线电阻器、毫伏数字电压表、150 游标卡尺、稳压电源 8 3 3、训练步骤、训练步骤 （1）连接线路。 （2）记录数据。 滑线电阻器模拟电阻线位移传感器 9 三、课题小结三、课题小结 （1）理解电阻线位移传感器的基本工作原 理 ； （2）了解电阻线位移传感器的产品外形并 熟知其接线方式 ； （3）能够运用电阻线位移传感器进行位移 测量 。 10 课题二课题二 感应同步器测位移感应同步器测位移 11 一、基础知识一、基础知识 1 1、结构特点、结构特点 感应同步器是一种电磁式位置 检测元件，按其结构特点一般分 为直线式和旋转式两种。直线式 感应同步器由定尺和滑尺组成； 旋转式感应同步器由转子和定子 组成。 12 感应同步器的构造见图6.11，其定尺和滑尺基 板是由与机床热臌胀系数相近的钢板做成， 钢板上用绝缘粘结剂贴以钢箔，并利用照像 腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。感应同步 器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为，这是 衡量感应同步器精度的主要参数，工艺上要 保证其节距的精度。 13 2 2、工作原理、工作原理 u感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路绕组 的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为电压 信号，通过对电压幅值或相位判断来进行位置检测。 若滑尺上的绕组通以交流电，根据电磁原理，将在定 尺绕组上感应出电压，定尺绕组中感应电压是滑尺上 正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电压的矢量和。滑 尺每移动一个节距，定尺上感应电压按余弦规律变化 一周。 u由于定尺上感应电压变化的周期与滑尺相对定尺移动 的节距2 对应，而节距又与工作台的实际位移有关 ，从而可以间接对工作台的位移进行检测，这就是感 应同步器的工作原理。 14 3 3、感应同步器的工作方式、感应同步器的工作方式 u（1）第一种为滑尺励磁、定尺输出的鉴幅型 方式，即定尺输出的电压为频率、相位固定 ，其幅值可变。 u（2）第二种为滑尺励磁、定尺输出的鉴相型 方式，即定尺输出的电压为频率、幅值固定 ，其相位可变。 u（3）第三种为定尺励磁、滑尺输出的鉴幅型 方式，即滑尺输出的电压为频率、相位固定 ，其幅值可变。 15 4 4、感应同步器的安装感应同步器的安装 带型直线式感应同步器 1安装座 2定尺 3滑尺 4调整螺钉 16 u当感应同步器用于检测机床工作台的位移时，一般地 ，由于行程较长，一块感应同步器常常难以满足检测 长度的要求，需要将两块或多块感应同步器的定尺拼 接起来，即感应同步器接长。 u接长的原理是：滑尺沿着定尺由一块向另一块移动经 过接缝时，由感应同步器定尺绕组输出的感应电势信 号，它所表示的位移应与用更高精度的位移检测器( 如激光干涉仪)所检测出的位移相互之间要满足一定 的误差要求，否则，应重新调整接缝，直到满足这种 误差要求时止。即对定尺接长的要求是：通过适当调 整两块相连定尺间的接缝，使接长后的定尺组件在全 行程的累计误差不超过一块定尺的最大零位误差。 17 二、课题实施二、课题实施感应同步器测位感应同步器测位 移移 1 1、训练目的、训练目的 （1）熟悉感应同步器的产品 ； （2）掌握感应同步器的安装及接长 。 2 2、训练设备、训练设备 GZD/H直线式感应同步器 18 3 3、训练步骤、训练步骤 （1）认识感应同步器 （2）安装感应同步器 感应同步器安装图 19 三、课题小结三、课题小结 （1）了解感应同步器的基本原理和结构特 点 ； （2）熟悉感应同步器产品 ； （3）掌握感应同步器的安装、接长； （4）掌握感应同步器的调试和维护 。 20 课题三课题三 光栅位移传感器光栅位移传感器 测位移测位移 21 一、基础知识一、基础知识 1 1、光栅的概念、光栅的概念 由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学 器件称为光栅。用玻璃制成的光栅称为透 射光栅，它是在透明玻璃上刻出大量等宽 等间距的平行刻痕，每条刻痕处是不透光 的，而两刻痕之间是透光的；用不锈钢制 成的光栅称为反射式光栅。 22 光栅 莫尔条纹 23 2 2、光栅的工作原理光栅的工作原理 把两块栅距相同的光栅刻线面平行安装，且让它们的 刻痕之间有较小的夹角。在刻线的重合处，光从缝隙 透过形成亮带，如图6.16所示的线所示；在两光栅刻 线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带，如图 6.16所示的线所示。这种亮带和暗带形成的明暗相间 的条纹称为莫尔条纹，莫尔条纹方向与刻线方向近似 垂直，故又称横向莫尔条纹。 24 3 3、光栅位移传感器的结构及外形、光栅位移传感器的结构及外形 光栅位移传感器主要由光源、透镜、光栅副 （主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成 ，其中主光栅和被测物体相连，它随着被测 物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生 位移时，莫尔条纹便随之产生位移，若用光 电接收元件记录莫尔条纹通过某点的数目， 便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测 物体的位移量。图6.18为各种不同型号光栅尺 的外观。 25 图6.17 光栅位移传感器的结构原理图 1光源 2透镜 3光栅副 4透 镜 5光电接收元件 各种光栅尺 26 二、课题实施二、课题实施电感式压力变送电感式压力变送 器测压力器测压力 1 1、训练目的、训练目的 （1）了解光栅传感器的工作原理及组成 ； （2）熟悉光栅传感器及其数显产品 ； （3）掌握压力变送器的应用 （4）掌握光栅传感器安装、与数显表的连 接及维护 。 2 2、训练设备、训练设备 BG1型系列光栅线位移传感器 27 3 3、光栅位移传感器的安装、光栅位移传感器的安装 （1）光栅位移传感器的安装 。 BG1型闭式传感器的传感头分为下滑体和读数头两部分。下滑 体上固定有五个精确定位的微型滚动轴承沿导轨运动，保证运 动中指示光栅与主栅尺之间保持准确夹角和正确的间隙。读数 头内装有前置放大和整形电路。读数头与下滑体之间采用刚柔 结合的联接方式，既保证了很高的可靠性，又有很好的灵活性 。读数头带有两个联接孔，主光栅尺体两端带有安装孔，将其 分别安装在两个相对运动的两个部件上，实现主光栅尺与指示 光栅之间的运动进行线性测量。 28 （2）安装方式 光栅线位移传感的安装比较灵活，可安装在机床的不 同部位。一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上 ，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使 读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注 意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位 置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增 加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量 安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易 固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如 滑板）。 29 （3）检查 光栅线位移传感器安装完毕后，可接通 数显表，移动工作台，观察数显表计数