位移检测装置优秀课件.ppt

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1、位移检测装置位移检测装置2022/10/21第1页，本讲稿共19页一、旋转变压器（角位移检测元件）旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为400H、500H、1000H、3000H、5000H，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。2022/10/21第2页，本讲稿共19页工作原理：定子绕组输入电压2022/10/21第3页，本讲稿共19页 设加到定子绕组的励磁电压为设加到定子绕组的励磁电压为U

2、 U1 1=Umsin=Umsin t t，通，通过电磁耦合，将在转子绕组中产生的感应电压为过电磁耦合，将在转子绕组中产生的感应电压为 U U2 2=K U=K U1 1sinsin =K Um sin=K Um sin t sint sin 式中式中 K K变压比（变压比（K=N1/N2K=N1/N2为定子、转子绕组的匝数）为定子、转子绕组的匝数）Um Um励磁最大电压励磁最大电压 励磁电压角频率励磁电压角频率 转子与定子相对角位移，当转子磁轴与定子磁轴垂转子与定子相对角位移，当转子磁轴与定子磁轴垂直时，直时，=0=0；当转子磁轴与定子磁轴平行时，；当转子磁轴与定子磁轴平行时，=90=90。

3、2022/10/21第4页，本讲稿共19页二、感应同步器工作原理：利用电磁耦合原理，将位移或转角变成电信号（极为普遍）。即使滑尺与定尺相互平行，并保持一定的间距。向滑尺通以交流激磁电压，则在滑尺中产生激磁电流，绕组周围产生按正弦规律变化的磁场，由电磁感应，在定尺上感出感应电压，当滑尺与定尺间产生相对位移时，由于电磁耦合的变化，使定尺上感应电压随位移的变化而变化（相同频率）。2022/10/21第5页，本讲稿共19页2022/10/21第6页，本讲稿共19页定尺绕组产生感应电动势原理图2022/10/21第7页，本讲稿共19页三、脉冲编码器（角位移检测元件）1、增量式脉冲编码器2022/10/2

4、1第8页，本讲稿共19页2、绝对式脉冲编码器2022/10/21第9页，本讲稿共19页四、光栅组成：标尺光栅：安装在机床的移动部件上指示光栅：安装在机床的固定部件上它们之间保持0.05mm或0.1mm的间隙。相互平行2022/10/21第10页，本讲稿共19页分类：透射光栅反射光栅透射光栅：采用经磨制的光学玻璃或在玻璃表面感光 材料的涂层上刻成光栅线纹。特 点：光源可以采用垂直入射光，光电元件直接 接受光照。因此信号幅值比较大，信噪比 好。光电转换器结构简单，如 线性密度 200线/mm。缺 点：玻璃易破裂，热胀系数与金属部件不一 致，影响测量精度。2022/10/21第11页，本讲稿共19页

5、反射光栅：光栅和机床金属部件的线膨胀系数一致，接长方便。也可用钢带做成长达数米的长光栅。缺 点：为了使反射后的莫尔系数反差较 大，每毫米内线纹不宜多，常用 4、10、25、40、50线/mm。2022/10/21第12页，本讲稿共19页工作原理：2022/10/21第13页，本讲稿共19页 若标尺光栅和指示光栅的栅距相等，指示光栅在其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度，两块光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直照射在标尺光栅上，在两块光栅线相交的钝角平分线上，出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹，称之为横向莫尔条纹。2022/10/21第14页，本讲稿共19页莫尔条纹的形成20

6、22/10/21第15页，本讲稿共19页特点特点：由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差条纹对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差对测量精度影响较小。也可采用信号。对测量精度影响较小。也可采用信号。在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接触，没有磨损，因而精度可以长期保持。触，没有磨损，因而精度可以长期保持。光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾斜角都要求保持不变，制造调试比较困难。光学系斜角都要求保持不变，制造调试比较困难。

7、光学系统易受外界的影响产生误差，同时又有灰尘、油、统易受外界的影响产生误差，同时又有灰尘、油、冷却液等污物的侵入，易使光学系统变质。冷却液等污物的侵入，易使光学系统变质。2022/10/21第16页，本讲稿共19页五、磁栅 磁栅又称磁尺，是一种采用电磁方法记录磁波数目的位置检测装置。组成：磁性标尺、磁头和检测电路 利用录磁的原理将一定周期变化的方法，正弦波或脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转换成电信号，经过检测电路处理后，用以计量磁头相对磁尺之间的位移量。2022/10/21第17页，本讲稿共19页磁尺测量装置的组成和工作原理

8、：磁性标尺是在非导磁材料如铜、不锈钢、玻璃或其他合金材料的基体上，用涂敷、化学沉积或电镀的一层1020um的导磁材料（Ni-Co或Fe-Co合金），在它的表面上录制相等节距周期变化的磁信号。磁信号的节距一般为0.05、0.1、0.2、1mm。为了防止磁头对磁性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚12mm的耐磨塑料保护层。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁信号输送到检测电路中去。普通录音机上的磁头输出电压幅值与磁通变化率成比例，属于速度响应型磁头。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。2022/10/21第18页，本讲稿共19页特点：对使用环境的条件要求较低，对周围磁 场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较 多的地方使用有较好的稳定性。2022/10/21第19页，本讲稿共19页