[工学]传感器与检测技术第2章6大位移感应同步器、激光.ppt

1,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理 感应同步器是利用电磁感应原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。 根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。,2,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理,sin,cos,定尺,滑尺,3,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理 感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。,4,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理 感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。 定尺固定在床身上，滑尺则安装在机床的移动部件上。通过对感应电压的测量，可以精确地测量出位移量。,5,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理,在励磁绕组上加上一定的交变励磁电压，定尺绕组中就产生相同频率的感应电动势，其幅值大小随滑尺移动呈余弦规律变化。滑尺移动一个节距，感应电动势变化一个周期。,6,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理 当滑尺相对定尺移动时，滑尺与定尺的相对位置发生变化，改变了通过定尺绕组的磁通，从而改变了定尺绕组中输出的感应电动势E。 E的变化反映了定、滑尺间的相对位移，实现了位移至电量的变换。,7,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 1.感应同步器的结构和原理 鉴相型：通过检测感应电动势的相位测量位移 鉴幅型：通过检测感应电动势的幅值测量位移,8,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相型 滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： 滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：,9,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相型 滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，感应同步器的磁路可视为线性的，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺绕组上的总感应电压为：,10,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相型 滑尺与定尺相对位移量x的求取： W:2= x:x x=Wx/2 结论：相对位移量 x 与 相位角x 呈线性关系，只要能测出相位角x，就可求得位移量 x 。,11,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相式测量电路工作原理 脉冲发生器发出频率一定的脉冲序列，经脉冲相位变换器进行分频，输出参考信号方波和指令信号方波。,12,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相式测量电路工作原理 指令信号方波使励磁供电线路产生振幅、频率相同而相位差90的正弦信号电压Uisint和余弦信号电压Uicost，供给感应同步器滑尺或定尺的A、B绕组。,13,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相式测量电路工作原理 定尺上产生感应电动势E，经放大整形后变为方波，并和参考信号方波送入鉴相器。,14,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相式测量电路工作原理 鉴相器的输出是感应电动势信号与参考信号的相位差，即相位x，且反映出它的正负。相位信号和高频脉冲信号一起进入与门电路，当相位信号x存在时，门打开，允许高频时间脉冲信号通过；当相位信号x不存在时，门关闭。,15,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴相式测量电路工作原理 这样，门输出的信号脉冲数与相角x成正比。该脉冲进入可逆计数器计数，并由译码和显示器显示数字。通过门电路的信号脉冲还送到脉冲相位变换器中，使参考信号跟随感应电动势的相位。,16,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴幅型 根据感应电动势E的幅值鉴别位移量x的大小,17,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴幅型 根据感应电动势E的幅值鉴别位移量x的大小 滑尺正、余弦绕组通入的激励电压同频、同相，但幅值不同。,18,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 鉴幅型 当正、余弦绕组上施加的激励电压为 和 时， 定尺上的感应电动势为E。在滑尺偏离初始位置x位移后，其感应电动势为,19,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 2.感应同步器测位移的特点 精度较高，对环境要求较低，可测大位移；感应同步器工作可靠，抗干扰能力强，维护简单，寿命长。 在数控机床与大型测量仪器中常用它测量位移。,20,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 2.感应同步器测位移的特点 具有较高的精度与分辨力。其测量精度首先取决于印制电路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。感应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应减小了局部误差的影响。,21,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 2.感应同步器测位移的特点 抗干扰能力强。感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置相对应的单值电压信号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消失后不再有影响。平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。,22,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 2.感应同步器测位移的特点 使用寿命长，维护简单。定尺和滑尺，定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命很长。它不怕油污、灰尘和冲击振动的影响，不需要经常清扫。但需装设防护罩，防止铁屑进入其气隙。,23,第三节 大位移传感器,三、感应同步器 2.感应同步器测位移的特点 可以作长距离位移测量。可以根据测量长度的需要，将若干根定尺拼接。拼接后总长度的精度可保持（或稍低于）单个定尺的精度。目前几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量，大多采用感应同步器来实现。 工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。,24,第三节 大位移传感器,例题 感应同步器定尺上的感应电动势为： 其中W0.2mm 若E=10sin(100t+0.96)，求此时测得的位移l,25,第三节 大位移传感器,四、激光式位移传感器 由激光器、光学元件、光电转换元件构成的激光测量系统 将被测位移量转换成电信号。,26,第三节 大位移传感器,四、激光式位移传感器 激光检测有精度高、测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、效率高等优点。 激光干涉测长技术，目前已广泛地应用于精密长度测量，如磁尺、感应同步器、光栅的检定；精密机床位移检测与校正；集成电路制作中的精密定位等。,27,第三节 大位移传感器,四、激光式位移传感器 常用的激光干涉测长传感器分为单频激光干涉传感器和双频激光干涉传感器。,28,第三节 大位移传感器,四、激光式位移传感器 （1）单频激光干涉传感器,29,第三节 大位移传感器,四、激光式位移传感器 （1）单频激光干涉传感器 单频激光干涉测