机械测量与电感传感器资料学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)测量与电感传感器资料测量与电感传感器资料第一页，共75页。第1页/共74页第二页，共75页。如何提高(t go)测量精度？更细的刻度？第2页/共74页第三页，共75页。如何在更细的刻度上实现(shxin)方便的读数？第3页/共74页第四页，共75页。第4页/共74页第五页，共75页。2tantan光栅光栅(gungshn)横向莫尔条纹的横向莫尔条纹的斜率斜率莫尔条纹莫尔条纹(tio wn)间距间距WWBCABBH2sin22sin莫尔条纹的宽度莫尔条纹的宽度BH由光栅由光栅常数与光栅夹角决定常数与光栅夹角决定 第5页/共74页第六页，共75页。向产生相对移动时，莫尔条

2、纹也要按向产生相对移动时，莫尔条纹也要按对应关系产生相应的移动，其移动距对应关系产生相应的移动，其移动距离的大小与方向都具有离的大小与方向都具有(jyu)严格的严格的对应关系，即两种位移信号之间为线对应关系，即两种位移信号之间为线性比例放大关系。性比例放大关系。第6页/共74页第七页，共75页。第7页/共74页第八页，共75页。n在相距的位置上在相距的位置上设置两个光电元设置两个光电元件件1和和2，以得到，以得到两个相位互差两个相位互差90的正弦信号的正弦信号在前面演示的莫尔条纹在前面演示的莫尔条纹(tio wn)中，动尺左移莫尔条纹中，动尺左移莫尔条纹(tio wn)向下运动，向下运动，2比

3、比1超超前前90，动尺右移莫尔条纹，动尺右移莫尔条纹(tio wn)向上运动，向上运动，2比比1滞滞后后90。第8页/共74页第九页，共75页。u1比比u2超前超前90时，时，Q=1u1比比u2滞后滞后(zh hu)90时，时，Q=0第9页/共74页第十页，共75页。幅值细分幅值细分 光栅测量的原始信号是正弦信号，测量到信号的幅值就可光栅测量的原始信号是正弦信号，测量到信号的幅值就可以以(ky)推导出对应的角度，相当于对一个周期推导出对应的角度，相当于对一个周期360度内的测量进行了进度内的测量进行了进一步的细分一步的细分第10页/共74页第十一页，共75页。第11页/共74页第十二页，共75

4、页。第12页/共74页第十三页，共75页。例：光栅一个脉冲为例：光栅一个脉冲为20um，找到第一个零点，找到第一个零点过，过了过，过了488个脉冲找到了第二个零点，当前个脉冲找到了第二个零点，当前(dngqin)位置距第二个零点有位置距第二个零点有21个脉冲，则个脉冲，则当前当前(dngqin)位置距离起始点有位置距离起始点有11509个脉个脉冲，即冲，即230.18mm第13页/共74页第十四页，共75页。三个自由度三个自由度两个两个(lin )自由度自由度第14页/共74页第十五页，共75页。第15页/共74页第十六页，共75页。第16页/共74页第十七页，共75页。2ctD 第17页/共

5、74页第十八页，共75页。第18页/共74页第十九页，共75页。 =Ls(m+m)其中其中 Ls称作称作“光尺光尺”第19页/共74页第二十页，共75页。不足不足10 m 的尾数为的尾数为2 m，把两个光尺相加起来的读数，把两个光尺相加起来的读数为为2.047 m。 这样就解决了大量程和高精度的矛盾。这样就解决了大量程和高精度的矛盾。其中最长的测尺决定了测距的量程，最短的测尺决其中最长的测尺决定了测距的量程，最短的测尺决定了测距的精度。定了测距的精度。第20页/共74页第二十一页，共75页。第21页/共74页第二十二页，共75页。第22页/共74页第二十三页，共75页。测量精度受到一定测量精度

6、受到一定限制，但体积小且限制，但体积小且携带方便，不需要携带方便，不需要能源，因此应用能源，因此应用(yngyng)比较广比较广泛。泛。第23页/共74页第二十四页，共75页。第24页/共74页第二十五页，共75页。循环码习惯上又称格雷码，任意相邻(xin ln)的两个代码间只有一位代码有变化，因此，在两数变换过程中，所产生的读数误差最多不超过“1”。带判断位的循环码就是在最外圈再增加一圈信号位，在光电元件有信号时才读数，就不会产生非单值性误差。 第25页/共74页第二十六页，共75页。第26页/共74页第二十七页，共75页。第27页/共74页第二十八页，共75页。22DncDDfVDVDTC

7、WCW22DncDDfVDVDTCCWCCW22222224cDnDncDTTTCCWCWn为光纤材料为光纤材料(cilio)的折射的折射率率第28页/共74页第二十九页，共75页。n可以看出，提高此种光纤陀螺可以看出，提高此种光纤陀螺(tulu)仪输出灵仪输出灵敏度的途径在于加大敏度的途径在于加大D和增加光纤线圈的匝数和增加光纤线圈的匝数N。ssKCLDnCDnCNTNvTTNTN22222222第29页/共74页第三十页，共75页。第30页/共74页第三十一页，共75页。第31页/共74页第三十二页，共75页。加速度。加速度。第32页/共74页第三十三页，共75页。bbbbxkyycymx

8、xkxxcxmxxy 0质量(zhling)弹簧阻尼系统可以把加速度转换成与之成比例的质量(zhling)块相对于传感器基座的位移，采用位移传感器作为变换器。第33页/共74页第三十四页，共75页。(xingwi)地改变地改变180。第34页/共74页第三十五页，共75页。第35页/共74页第三十六页，共75页。第36页/共74页第三十七页，共75页。等强度弹性悬臂梁固定安装等强度弹性悬臂梁固定安装(nzhung)在传感器的基座上，在传感器的基座上，梁的自由端固定一质量块梁的自由端固定一质量块m，在，在梁的根部附近两面上各贴一个性梁的根部附近两面上各贴一个性能相同的应变片，应变片接成对能相同的

9、应变片，应变片接成对称差动电桥。称差动电桥。第37页/共74页第三十八页，共75页。第38页/共74页第三十九页，共75页。第39页/共74页第四十页，共75页。第40页/共74页第四十一页，共75页。02imiiLRSSLi 各段导磁体的长度； i各段导磁体的导磁率； Si 铁芯材料的截面积； 气隙的厚度(hud)；0 空气的导磁率；S 空气隙的截面积；R空气(kngq)气隙R导磁体忽略导磁体磁阻第41页/共74页第四十二页，共75页。02imiiLRSS202SNL a）变间隙(jin x)式b）S变面积(min j)式c）螺管式磁路磁阻随着衔磁路磁阻随着衔铁插入深度不同铁插入深度不同而变

10、化而变化第42页/共74页第四十三页，共75页。线性度(变间隙(jin x)式)00LLk灵敏度：灵敏度：L实际输出特性理想输出特性第43页/共74页第四十四页，共75页。202NdSdLk灵敏度：灵敏度：SL实际(shj)输出特性理想输出特性线性度(变面积式)第44页/共74页第四十五页，共75页。当磁芯位移(wiy)t时，电感的相对增量为：差动螺管式电感传感器：差动螺管式电感传感器：实际输出特性是非线性。衔铁工作在螺线管中部时，认为线圈磁场强度均匀的，线圈电感量L与衔铁插入深度大致成正比。适合测取稍大一些的位移。23002020003htthRNLLLsm00030200000333ttL

11、LttttttLLLLss000300000626ttLLttttLLLLssZ 第45页/共74页第四十六页，共75页。LjRLjREZZERRRZZZZZZEZZZZZZEUssSC221)()()(4332112121RRZZ第46页/共74页第四十七页，共75页。ELRLELRRLUsssSC2222222)(2)(22)()(22LRRZs)(11(111222ssssSCRRLLQjLLRRQQEUsRLQ幅值：幅值： 输出阻抗输出阻抗(sh ch z kn)： 输出也可写成：输出也可写成： 品质因素：品质因素： 第47页/共74页第四十八页，共75页。ssSCRREU2交流电桥结

12、构简单，其电阻交流电桥结构简单，其电阻(dinz)(dinz)可用两个电阻可用两个电阻(dinz)(dinz)和和一个电位器组成，调零方便。一个电位器组成，调零方便。(1)当当Q值很高时，有值很高时，有 LLEUSC2气隙式差动传感器：气隙式差动传感器： 0EUSC螺管型差动传感器：螺管型差动传感器：测量电路(交流电桥)第48页/共74页第四十九页，共75页。21ZZEI1221122ZZZZEEZIUO双臂工作双臂工作(gngzu)时，若时，若Z1=Z+Z，Z2=Z-Z，可得，可得 ZZEZZZZEUO221221若若Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，可得，可得 ZZEZZZZEUO221221变

13、压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，元件少，变压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，元件少，输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性；缺点是输出阻抗小，桥路开路时电路呈线性；缺点是变压器副边不接地，容易引起来自原边的静电变压器副边不接地，容易引起来自原边的静电感应电压，使高增益放大器不能工作。感应电压，使高增益放大器不能工作。 第49页/共74页第五十页，共75页。LCf21LLfLCLCf243调相电路调相电路(dinl) (dinl) RLarctan2LLRLRL212具有严重的非线性误差，只有在具有严重的非线性误差，只有在f f较较大时才能达到较高的精度大时才能达到较高的精度 第50页/共74页第五十一页，

14、共75页。n)变化，输变化，输出信号改变。出信号改变。第51页/共74页第五十二页，共75页。dtIdME1tjMeII11111IMjeMIjdtIdMEtjM111LjRUI111LjRUMjIMjEUO第52页/共74页第五十三页，共75页。111LjRuI1212IMjeIMjebbaauLRMMULjRuMMjweeUbaObaO2121112122)()()(，幅值第53页/共74页第五十四页，共75页。uLRMUO2121)(2uLRMUO2121)(2MMeMMLRMuUsO021212)(2es0为磁芯处于中间(zhngjin)平衡位置时单个次级线圈的感应电压 第54页/共7

15、4页第五十五页，共75页。的材料的材料在不使线圈过热的条件下尽量提高激励在不使线圈过热的条件下尽量提高激励电压。电压。第55页/共74页第五十六页，共75页。212112121111210224)/ln()()1 (hlrrhlhlINfNkxkxUO如果如果(rgu)(rgu)用恒压流供电，用恒压流供电，其线性度可以改善，此时有其线性度可以改善，此时有UxxlhlxhlhNNUO211212212112122343第56页/共74页第五十七页，共75页。输入交流电压为正半周， A点电位(din wi)为正，B点电位(din wi)为负，V1、V4导通，V2、V3截止。A-E-C-B中，C点电

16、位(din wi)由于Z1，C点电位(din wi) ；A-F-D-B中，D点电位(din wi)由于Z2，D点电位(din wi)D点电位(din wi)高于C点电位(din wi)，直流电压表正向偏转。 输入交流电压为负半周，A点电位(din wi)为负，B点电位(din wi)为正，V2、V3导通，V1、V4截止A-F-C-B中，C点电位(din wi)由于Z2， C点电位(din wi) A-E-D-B中，D点电位(din wi)由于Z1 ， D点电位(din wi)仍然是D点电位(din wi)高于C点电位(din wi)，电压表正向偏转。同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反

17、向偏转，输出为负。第57页/共74页第五十八页，共75页。第58页/共74页第五十九页，共75页。的测量结果。可测的测量结果。可测量的振幅量的振幅(zhnf)范范围为围为0.15mm，振，振动 频 率 一 般 为动 频 率 一 般 为 0 150Hz。第59页/共74页第六十页，共75页。第60页/共74页第六十一页，共75页。H2的作用引起线圈等效阻抗、等效电感等发生相应(xingyng)的变化第61页/共74页第六十二页，共75页。121111UIMjILjIR012222IMjILjIR等效电路模型(mxng)：线圈(xinqun)的等效阻抗：)()(222222212222221112

18、LLRMLjRLRMRIUZeqeqLjR第62页/共74页第六十三页，共75页。ras（ras=（ri+ra）/2）的短路环来集中表示分的短路环来集中表示分散的电涡流（图中阴影散的电涡流（图中阴影部分）部分）第63页/共74页第六十四页，共75页。第64页/共74页第六十五页，共75页。fhr3 .50电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。涡流式传感器能对位移、厚度、表面温度、电解质浓度涡流式传感器能对位移、厚度、表面温度、电解质浓度(nngd)(nngd)、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。具有体积小、灵敏度高、频率响应宽、抗干扰能力强、不受具有体积小、灵敏度高、频率响应宽、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响等特点，所以应用极其广泛。油污等介质的影响等特点，所以应用极其广泛。 第65页/共74页第六十六页，共75页。率的载波调幅电路和频率变化载波调幅率的载波调幅电路和频率变化载波调幅电路两种。电路两种。第66页/共74页第六十七页，共75页。ZZKZKeU11第67页/共74页第六十八页，共75页。第68页/共74页第六十九页，共75页。第69页/共74页第七十页，共75页。量，如磁导率、硬