电感式传感器在圆度仪中的应用

1、图1圆度仪工作台!性最好。在FBG 的3dB 反射带宽以上的区域,测量的重复性优于5ps 。实验中,由于所测啁啾光纤光栅群时延远远大于背景群时延(飞秒量级,我们忽略了系统的背景色散,背景色散主要包括参考臂空气层的色散以及干涉仪中光纤长度不匹配带来的色散。平面反射镜是系统中唯一运动的部件,其运动精度是系统性能好坏的关键。由于我们用等时间间隔进行采样,反射镜扫描速度的不均匀性会导致光程差的非线性变化,从而对系统精度造成影响。解决办法是使用高相干干涉仪监测反射镜的平移,加入过零电路测定高相干干涉条纹的过零点输出信号触发系统采样;也可以采集高相干干涉图数据在随后的数字计算中对宽带干涉图进行修正。系统的

2、误差还包括探测器和电子系统对频率响应的不一致,模拟信号在数字化过程中带来的量化误差以及离散傅里叶变换运算中的舍入误差5等。针对各种误差进行数学上的分析,从而进一步改进整个实验系统是我们今后的研究方向。5结语基于傅里叶变换光谱技术建立了光纤光栅色散测量系统。测量系统具有高通量、多路接收、高分辨率、宽自由光谱范围和杂散光低、结构简单、测量速度快等优点。所测啁啾光纤光栅群时延具有5ps 的重复性。对系统进一步改进、集成和小型化后,具有很高的实用转化推广价值。参考文献1李全臣,蒋月娟.光谱仪器原理M .北京:北京理工大学出版社,1999.2吕乃光.傅里叶光学M .北京:机械工业出版社,2006.34T

3、uran Erdogan.Fiber Grating Spectra J .Journal of Lightwave Technology ,1997,15(8:1277-12945胡广书.数字信号处理M .北京:清华大学出版社,2003.(编辑立明作者简介:姜峰(1973-,男,在职硕士研究生,主要从事光学信息处理方面的研究。收稿日期:2007-02-28电感式传感器在圆度仪中的应用殷建,李志远(铜陵学院机械工程系,安徽铜陵2440001引言机械加工中常需要测量工件的圆度误差或机床的主轴回转误差,圆度误差的检测是一项重要而且繁琐的工作。按GB1183-80与GB1958-80规定,对于一个回

4、转体零件,其横截面轮廓是否为一正圆,需要与一理想圆进行比较才能得出结论。圆度误差的评定过程就是将被测横截面的实际轮廓与理想圆比较的过程。2圆度仪的工作过程及检测原理圆度仪的工作过程:传感器和测量头固定不动,被测零件放置在仪器的回转工作台上,随工作台一起回转,这种仪器常制成紧凑的台式仪器,易于测量小型工件的圆度误差。该仪器的检测原理为将被测工件放置在一个旋转的工作台上(如图1所示,通过传感器的测量头与被测工件轮廓接触,在转台转动过程中,传感器测端的径向变化与被测轮廓相当,此变化量由传感器接收,并转换成电信号输入到信号调理电路,最后送入单片机进行数据处理和分析,并驱动记录仪表头,用电敏方式将轮廓的

5、径向变化记录在与转台同步转动的记录器的火花记录纸上,然后由检测人员借助一个同心圆透明样板,人工评定被测工件的圆度误差及其偏心值。在整个仪器中核心部分是信号拾取,也就是利用传感器来检测被测工件轮廓的变化并转换成电信号,在将此电信号进行信号调理后送入微机中进行处理。107机械工程师2007年第5期摘要:介绍了电感式传感器在圆度仪中的设计与实现。阐述了高精度电感式传感器的工作原理以及信号调理电路的设计,实现了圆度误差的精确测量。关键词:电感式传感器;信号调理;圆度仪中图分类号:TG834文献标识码:B文章编号:1002-2333(200705-0107-02D诊断与检测Dia g n o s is&

6、De te c tio n431 22143u 0x O Ou 0u x Ottt(a (b (c 图2线性差动变压器原理图u x1.测杆2.线圈3.磁芯4.工件3电感式传感器圆度误差测量的传感器有很多种,如电容式传感器、涡流式传感器、电感式传感器等。本文选用的是电感式传感器,它是将被测部件几何尺寸的微小变化转换为线圈的电感变化来实现测量。它具有精度高、工作稳定、结构简单的特点。检测工作台上的电感传感器与工件表面轮廓相接触,将其径向位移信号转换成高频调制信号,输入到信号采集和控制卡中,然后经过倍率选择、放大滤波、调制电路和A/D 转换电路完成信号的前端处理和转换。高频振荡携带低频信号,是由低频

7、信号去控制等幅高频振荡源的某一参数(振幅、频率或初相位来达到的。用低频信号控制高频振荡的过程称为调制,当被控制的是高频振荡的幅度时,这种调制称为调幅,即调幅是指用调制信号控制高频载波的振幅,使之按照调制信号的变化规律而变化的过程。在精密检测(例如检测精度0.01m 中,检测传感器的选择对最后的计算结果有很大的影响。采用调制信号可大大提高信号的抗干扰能力,加上适当的带通滤波,可使干扰减少到最少。其调制的过程是通过线性差动变压器(LVDT :Linear Variable Differential Transformer 来实现的。线性差动变压器是一种电气变换机构,可将与线圈分离的磁芯的位移变换为

8、正比于该位移的电气信号。其测量范围由线圈的长度和磁芯的移动量决定,能适应0.001m 到数毫米范围的位移测量,原理图如图2所示。通过标准震荡器和稳幅电路获得频率和幅值稳定的正弦波,并将此作为传感器的输出信号的载波信号u o 。u o 通过变压器加到电感传感器的线圈2上,当传感器的测杆头位置沿工件表面移动时,磁芯3位置上下移动。当磁芯处于中心位置时,通过两线圈的电感量相等,输出u x 为0。当磁芯偏离中心位置,变压器中气隙磁阻发生变化,导致线圈电感产生变化,从而引起输出信号幅值的变化。当磁芯的变化如图2(a所示,载波信号u o 如图2(b 所示时,最后可产生图2(c 所示的叠加输出信号。铁芯偏离

9、中心位置的方向不同,线圈输出端电压的相位就不同,通过鉴相,并根据电压的大小,即可判别铁芯的移动方向,并可求得铁芯的位移大小。输出电压与铁芯位移之间线性关系的特性曲线如图3所示。传感器的磁芯要求用软磁材料,剩磁要小,以免影响传感器的线性和跟踪特性。热稳定性要好,不致于因温度变化造成传感器输出的漂移。磁芯尺寸及磁特性要一致,以免造成传感器特性的分散现象(即制造出的传感器输出灵敏度各不相同。传感器的运动部分为一滑杆,其一端与磁芯固定在一起,另一端与测量头相连结。滑杆在壳体的衬套中滑动。传感器外壳用导磁不锈钢制成,它能屏蔽外磁场的干扰。传感器的外壳要通过屏蔽线接地以免电场干扰。电感传感器的信号线为四线

10、式,其接口引脚如图4所示:2、4为载波信号输入线,1为输出线,3为地线。传送电缆采用屏蔽双绞线。2、4引脚间的载波信号为一正弦波,频率:f=10kHz 。传感器的精度为0.01m 。4信号调理信号的处理和转换电路的设计思路如下:调幅电感传感器输出的调制信号,首先经过一路交流放大电路后进行倍率选择,完成不同放大倍率的切换;然后经过三级交流放大、滤波电路完成调制信号的预处理,这一部分不仅增强了有用信号,而且对杂波和其它噪声信号进行有效的虑除;随后与原载波信号共同输入调制检波电路,实现检测信号与载波高频信号的分离,最后输入采样电路,完成模拟信号到数字信号的转换。5结论实际测试表明,采用电感式传感器的圆度仪具有体积小、精度高的特点,测试精度达到了工厂的标准要求。参考文献1陈立杰,张玉.虚拟圆度误差测量仪的研制J .东北大学学报(自然科学版,2002,23(11:1056-10592黎永前,等.圆度仪微机测量系统J .实用测量技术,1998(1:38-40.3Horikawa ,O.A low cost.high accuracy roundness measuring systemJ .Precision Engineering ,2001,25(3:200-205.4闵莉,吴玉厚.圆度误差检测的现状