机械检测技术ppt课件.ppt

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1、1/21/20231 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1/21/20232 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程主 编 吴 静副 主 编 龚丽萍机械检测技术机械检测技术出版社ISBN 978-5624-4188-51/21/20233 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一

2、定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程传感器监视和测量着数控机床的每一步工作过程，它在数控机床中占据重要的 地位。1.1 传感器与数控机床1.1.1 传感器定义及组成实现这种转换技术的期间器件就是传感器。因 此，传 感 器 是 一 种 能 感 受 规 定 的 第第1章章 概概 述述 1/21/20234 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 被测量，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的电量信号(如电压、电流、频率等)输出的测量器件。传感器一般由敏感元件

3、、传感元件及测量转换电路三部分组成，如图1.1所示。敏感元件是传感器中直接感受被测量的元件，它将被测量转换成与之有确定关系、图1.1 传感器的组成1/21/20235 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 更易于处理的非电量，如位移、应变等。传感元件通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电路的参数(电参量)。测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率等。传感器只完成被测量至电量的基本转换，然后输入到测控电路，进行放大、运算、处

4、理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。图1.2为电位器式气体压力传感器结构简1/21/20236 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 图。当被测压力变化时，弹簧管自由端产生位移，通过齿条带动齿轮转动，从而使电位器的电刷产生角位移。电位器电阻的变化量反映了被测压力数值的变化。当电位器的两端加上电源后，电位器电刷上输出与压力成一定关系的电压，只要测量出该电压值，经过换算就可以求出压力的 大小。如图1.3来表示此例中传感器的组成及 原理。1/21/20237 机械专业系列

5、教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程结合上述工作原理，可将图1.2的内容具体化，见图1.3。图1.2 电位器式压力传感器1弹簧管；2电位器；3电刷；4齿轮-齿条1/21/20238 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1.2 数控机床及特点数控机床是机电一体化的典型产品，它是机、电、液、气和光等多学科的综合性组合，技术范围覆盖了机械制造、计算机、自动控制、伺服驱

6、动、传感器及信息处理等领域。数控机床一般由数控装置、伺服驱动系图1.3 电位器式压力传感器原理框图1/21/20239 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 统、反馈检测系统、强电控制部分、机床主机及辅助装置组成。数控机床辅助装置主要包括工装卡具、换刀装置、回转工作台、液压系统、润滑系统、排屑装置等。概括起来，数控机床的加工有以下几方面的优点。(1)适应性强。(2)精度高，质量稳定。(3)零件加工所需的时间短，生产效率高。1/21/202310 机械专业系列教材机械检测技术

7、 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(4)能实现复杂的运动。1.1.3 数控机床中的各种传感器数控机床的各种运动和状态通过传感器测量、监视后输入给数控系统加以控制、补偿或调整，以提高机床的加工精度和稳 定度。(1)位置检测传感器在数控机床中广泛应用数字式角编码器、光栅传感器、感应同步器、旋转变压器、磁栅等来实现位置检测。1/21/202311 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(

8、2)数控转塔刀架中的传感器图1.4为某全功能数控刀架组成简图。图1.4 某全功能数控刀架组成简图1/21/202312 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 刀架回转由刀架电机通过传动机构来实现，刀架回转时，与刀架同轴的二进制绝对编码器也一起转动。图1.5所示为选刀的控制流程图。接近开关除了在刀架选刀控制外，还在数控机床中用作工作台、油缸及汽缸活塞的行程控制。(3)温度的检测 在数控机床上，常用温度传感器来检测温度从而进行温度补偿或过热保护。1/21/202313 机械专业

9、系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图1.5 选刀的控制流程图1/21/202314 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程此外，在数控机床中，需要过热保护的部位有几十处，主要是监测一些轴温、压力油温、润滑油温、冷却空气温度、各个电动机绕组温度、变压器绕组温度等。(4)压力的检测压力传感器是一种将压力转变成电信号的传感器。常用的有压电式传感器、压阻式传感器和电容式

10、传感器。(5)刀具磨损监控1/21/202315 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程刀具磨损到一定程度会影响到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，对刀具磨损要进行监控。(6)数控装置中的其他传感器数控装置中还有很多的传感器的应用，如：光纤、光电耦合器、电涡流接近开关、流量传感器等。这样两者在电气上是完全隔离的，可以提高整个系统的抗干扰能力。如下图1.6为应用之一。1/21/202316 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机

11、体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图1.6 光电耦合器用于信号的输入输出举例(a)系统信号的输出 (b)外部信号的输入 1/21/202317 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程此外，在润滑、液压、气动等系统中，均安装有压力传感器、液位传感器、流量传感器，对这些辅助系统随时进行监控，保证数控机床的正常运行。1.2 传感器的分类及其特性参数1.2.1 传感器的分类传感器有许多分类方法，最常用的分类方法有两种：一种是按被测物理量来分；另一种

12、是按传感器的工作原理来分。1/21/202318 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(1)按被测物理量划分的传感器可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传 感器。(2)按工作原理划分的传感器可分为电阻、电容、电感、光栅、压电、热电耦、超声波、红外、光导纤维、激光等传感器。1)电阻式传感器 电阻式传感器是根据利用1/21/202319 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且

13、在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 电阻器将被测非电量转换为电信号的原理制成的。2)电容式传感器 电容式传感器是根据改变磁路的几何尺寸或改变介质的性质，从而使电容量发生变化的原理制成的。3)电感式传感器 电感式传感器是根据改变磁路的几何尺寸或改变电感或互感系数的电磁效应的原理制成的。4)压电式传感器 压电式传感器是根据压电效应原理制成的，主要用于脉动力、振动1/21/202320 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 和加速度的测量。5)热电耦传感器 热电耦传感

14、器是根据热电效应原理制成的，它主要用于温度测量。6)光栅传感器 光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种脉冲输出数字式传感器，它广泛应用于数控机床中，能够形成闭环控制系统，测量精度可达微米级。7)超声波传感器 超声波传感器是利用了超声波的特点与超声波换能器一起构成。1/21/202321 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程8)光纤传感器 光纤传感器是利用光导纤维技术发展的新型传感器。广泛应用于热工参数、电工参数的测量、图像扫描和图像信息传输。1.2.2 传感器基本特性传感器

15、所测量的非电量处在不断的变动之中，传感器能否将这些非电量的变化不失真地变换成相应的电量，取决于传感器的输入-输出特性。1/21/202322 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程传感器的这一基本特性可以用它的静态特性和动态特性来描述。当输入信号不随时间变化时，输入与输出的关系称为传感器的静态特性；当输入信号随时间而变化时，输入与输出的关系称为传感器的动态特性。传感器静态特性的主要技术指标有：灵敏度、线性度、迟滞、重复性等。(1)灵敏度1/21/202323 机械专业系列教材

16、机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程传感器的灵敏度是指传感器在稳态下，输出变化量与输入变化量的比值，用K来表示，如下所示：式中 x输入量；y输出量。从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度越高，如图1.7所示。通过作该曲线切线的方法求得曲线上任一点处的灵敏度。1/21/202324 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(2)线性度传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲

17、线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出的满度值之比。式中 L线性度；Lmax传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差；1/21/202325 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程ymax-ymin传感器的输出范围。实际应用中传感器的输出-输入特性曲线只能接近直线，实际曲线与理论直线之间存在的偏差Lmax就是传感器的非线性误差，如图1.8所示。(3)分辨力分辨力时指传感器能够检测出的被测信号的最小变化量，即当传感器的输入从非零的任意值缓慢增加，只有超过某一输入1/21

18、/202326 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程增量后输出才有变化，这个输入增量称为传感器的分辨力。图1.7 灵敏度示意图(a)线性测量系统 (b)非线性测量系统 图1.8 线性度示意图1拟合直线y=ax；2实际特性曲线1/21/202327 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(4)迟滞 迟滞现象是传感器在正向行程(输入量增大)和反向行程(输入量减

19、小)期间，输出-输入特性曲线不一致的程度，如图1.9所示。产生迟滞现象的主要原因是传感器的机械结构和制造工艺上的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺钉松动和元件腐蚀等。(5)重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量1/21/202328 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程按同一方向在全量程范围内多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。图1.9 迟滞特性曲线1反向特性；2正向特性图1.10 重复性示意图图1.10 重复性示意图1/21/202329 机械专业系列教材机械检测技术 出版

20、社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程传感器输出特性的不重复性主要由传感器机械部分的摩损、间隙、松动，部件内摩擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。周围环境中，对传感器影响最大的是温度。另外，大气压、湿度、振动、电源电压及频率都会影响传感器的特性。1/21/202330 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第2章 位置检测传感器 位置检测传感器是数控机床进给伺服系统中的重要组成部分

21、，主要由检测元件(传感器)和测量电路组成。位置检测装置按其测量对象、工作原理和结构特点有着不同的分类方法，其常用类型见表2.1。2.1 编 码 器编码器又称编码盘或码盘，能把机械转角1/21/202331 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程转换成电脉冲，是数控机床上使用广泛的位置检测装置。编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种，从精度和可靠性方面来看，光电式编码器优于其他两种。2.1.1 光电式编码器的结构与分类1/21/202332 机械专业系列教材机械检测技术 出版

22、社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程光电式编码器是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测轴连接，随被测轴一齐转动，它能将被测轴的角位移转换成一串脉冲或二进制编码，其结构简图如图2.1所示。图2.1 光电式编码器的结构示意图1/21/202333 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程光电式编码器有两种基本类型：绝对式编码器和增量式编码器。2.1.2 绝对式光电编码器图2.2所示为一个4位

23、二进制光电式编 码器。图2.2 绝对式光电码盘1/21/202334 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程从以上分析可知，码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。由此可以推断出，若是n位二进制码盘，就有n圈码道，且圆周均分2n个数据来分别表示其不同位置，所能分辨的角度为=360/2n分辨率=1/2n显然，位数n越大，所能分辨的角度就越小，测量精度就越高。所以，若要提1/21/202335 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御

24、机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 高分辨力，就必须增加码道数，即二进制位数。2.1.3 增量式光电编码器增量式脉冲编码器能够把回转件的旋转方向、旋转角度和旋转速度准确检测出来。增量式脉冲编码器的结构如图2.3所示，在它的码盘边缘等间隔地制出n个 透 光 狭缝。光电编码器的测量精度取决于它所能分辨 1/21/202336 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即分辨角度为：图2.

25、3 增量式光电码盘结构示意图1转轴；2LED；3光栏板；4零标志位光槽；5光敏元件；6码盘；7电源及信号线连接座1/21/202337 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.1.4 编码器的应用编码器除了直接测量角位移外，还有以下用途：(1)测直线位移可根据滚珠丝杠的导程来计算移动部件的位移量。1/21/202338 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过

26、程(2)测转速在给定的时间内对编码器发出的脉冲进行计数，则回转件的转速n(单位为r/min)为：式中，t为测速采样时间；N1为t时间内测得的脉冲个数；N为编码器每转发出的脉冲数。图2.4是用脉冲频率法测转速的原理图，在 1/21/202339 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程给定的t时间内，使门电路导通，编码器输出的脉冲允许进入计数器计数，这样可算出，时间内编码器的平均转速。图2.5所示的是利用脉冲周期法测量转速的原理图。当编码器输出脉冲正半周时导通门电路，标准时钟脉冲

27、通过控制门进入计数器计数，则由计数编码器在一个脉冲间隔内(脉冲周期)标准时钟脉冲个数来计算其转速n(单位为r/min)为：1/21/202340 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程式中，N为编码器每转脉冲数；N2为编码器一个脉冲间隔内标准时钟脉冲输出个数；T为标准时钟脉冲周期(s)。图2.4 用频率测速简图图2.5 用周期测速简图1/21/202341 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部

28、位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(3)控制交流伺服电动机中的运行图2.6 交流伺服电动机及控制系统(a)外形 (b)控制系统框图 1/21/202342 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(4)实现加工工件的定位由于绝对式编码器每一转角位置均有一个固定的编码输出，若编码 器与转盘同轴相连，则转 盘上每一工位安装的被 加工工件均可以有一个 编码相对应，如图2.7 所示。图2.7 转盘工位编码1绝对式编码器；2电动机；3转轴；4转盘；5工件；6刀具 1/21/20234

29、3 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.2 光栅传感器光栅位移传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种脉冲输出数字式传感，具有测量精度高、抗干扰能力强、动态测量范围广、响应速度快、易于实现测量及数据处理的自动化等优点，在坐标测量仪和高精度数控机床中有着广泛的应用。光栅传感器的种类很多，根据工作原理可分为物理光栅传感器和计量光栅传感器。光栅传感器按光线路径又可分为透射光栅1/21/202344 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破

30、坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 传感器和反射光栅传感器。现以直线型透射光栅位移传感器为例进行介绍。图2.8 计量光栅的分类图1/21/202345 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(1)光栅传感器的组成和结构光栅位移传感器由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。图2.9所示的是垂直入射光栅传感器的组成。图2.9 垂直入射光栅传感器的组成1光源；2透镜；3指示光栅；4光敏元件；5驱动电路1/21/202346 机械专业系列教材机械检测

31、技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图2.10所示的是直线型透射光栅，它是在镀有铝箔的光学玻璃上均匀地刻上许多明暗相间、宽度相同的透光线，这些透光线称为栅线。图2.10 直线型透射光栅示意图(a)标尺光栅 (b)指示光栅1/21/202347 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程通常，标尺光栅固定在机床的活动部件上，如工作台或丝杆上。图2.11 莫尔条纹1/21/202348

32、机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(2)直线型透射光栅位移传感器的工作原理如图2.11所示，条纹方向与刻线方向近似垂直。由于光栅的遮光作用，透过光栅的光强随莫尔条纹的移动而变化，变化规律呈正弦规律，因此在光敏元件上产生的电信号也呈正弦规律变化，变化曲线如图2.12 所示。莫尔条纹有如下特征：1)运动对应关系 1/21/202349 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程

33、度的病理生理过程光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动，详见表2.2所列。光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一个栅距L。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可得出光栅的位移量。图2.12 光敏元件输出与光栅位移的关系1/21/202350 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 2)位移放大作用 光栅移动一个栅距W，莫尔条纹恰好移动了一个栅距B，几者的关系如图2.11(b)所示。由图可得：1/21/202351 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防

34、御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程由于较小，可得式中 B莫尔条纹间距；W光栅栅距；两光栅刻线夹角，弧度(rad)。1/21/202352 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程从式(2.3)可得，越小，B就越大，相当于把微小的栅距扩大了1/倍。3)均化误差的作用 综上所述，利用光栅传感器进行测量时，当光栅移动了x，莫尔条纹移过的条数与光栅移过的刻线数相等。(3)细分和辨向技术1)细分技术 2)辨向原理 1/21/202353

35、机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(4)光栅位移传感器在数控机床中的应用在现代数控机床中，光栅用于位置检测并作为位置反馈用于位置控制，图2.13为位置控制框图。图2.13 位置控制框图1丝杆；2工作台；3光栅1/21/202354 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3 磁栅传感器磁栅位移传感器是一种采用电磁方法记录磁波数目的位置检测传感器。磁栅按

36、其结构可分为长磁栅和圆磁栅两大类。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。2.3.1 磁栅位移传感器的组成磁栅位移传感器由磁性标尺(简称磁尺)、读取磁头和检测电路组成，其结构如图2.14所示，它是利用录磁原理工作的。1/21/202355 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图2.14 磁栅位移传感器的组成图2.15 磁尺的基本结构1/21/202356 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定

37、性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.3.2 直线型磁栅位移传感器的结构和工作原理(1)磁尺磁尺是在非导磁材料的基体上(如铜、不锈钢、玻璃等)涂敷、化学沉淀或电镀上一层很薄的磁膜(导磁材料)，然后录上一定波长的磁信号。按照基体的形状，磁尺可分为尺型、带型和同轴型(又称线状磁尺)。1/21/202357 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1)尺型磁尺 图2.16 长磁栅(a)尺型 (b)带型 (c)同轴型1/21/202358 机械专业系列教材机械检测技术

38、 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2)带型磁尺 3)同轴型磁尺(2)磁头按读取信号方式的不同，磁头可分为动态磁头和静态磁头。1)动态磁头上只有一个输出绕组，只有当磁头和磁尺相对运动时才有信号输出，因此又称动态磁头为速度响应式磁头。2)静态磁头上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是信号输出绕组。1/21/202359 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图2.17 单磁头结构1/21

39、/202360 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程单磁头结构如图2.17所示。当磁头靠近磁尺时，磁尺上磁信号产生的磁通在磁头气隙处进入磁头铁芯，并被励磁电流产生磁通1所调制。于是通过输出绕组磁心而产生感应电压输出，即：式中，Um为感应电压系数；为磁尺磁化信号的节距；x为磁头相对磁尺的位移；为励磁电流的角频率。1/21/202361 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程

40、度的病理生理过程由式(2.4)可知，输出电压与磁头和磁性标尺间的相对速度无关，而由磁头在磁性标尺上的位置所决定。图2.18 双磁头结构图2.19 多间隙磁通响应型磁头1/21/202362 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程双磁头结构如图2.18所示。由于单个磁头读取磁性标尺上的磁化信号后输出的电压很小，同时降低对录制磁化信号正弦波形和节距误差的要求，为了提高输出信号的幅值，在实际使用时，常将多个磁头以一定的方式联系起来组成多间隙磁通响应型磁头，如图2.19所示。(3)检

41、测电路根据检测方法的不同，检测线路可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种方式，其中以1/21/202363 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程鉴相式测量方式应用较多。1)鉴相式测量检测电路 如图2.20所示，将图中两组磁头通以同频、等幅，但相位相差90的励磁电流，则两组磁头的输出电压为：u1，u2在求和电路中相加，则得到磁头总输出电压为：1/21/202364 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定

42、部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程由式(2.5)可知，合成总输出电压u的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相对位移x变化而变化。因此，可利用图2.20所示的检测框图实现对位移量x的检测。2)鉴幅式测量检测电路 1/21/202365 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图2.20 鉴相式测量检测电路框图1/21/202366 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病

43、理生理过程如果用检波器u1和u2中的高频载波sint滤掉，便可得到相位相差/2的两交流电压信号，即 检测电路方框图如图2.21所示。2.3.3 磁栅传感器的应用磁栅传感器有两个方面的应用：1/21/202367 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程图2.21 鉴幅式测量检测电路框图1/21/202368 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1)可以作为高

44、精度测量长度和角度的测量仪器用。2)可以用于自动化控制系统中的元件(位移)检测。2.4 感应同步器感应同步器是利用两个平面型绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的精密传感器，可用来测直线位移和角位移。测量直线位移的称为直线感应同步器，测量角位移的称为圆感应同步器。图2.22是标准式1/21/202369 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 直线感应同步器的外形及结构图。(1)感应同步器的结构和分类图2.22 感应同步器实物简图1机床不动部件；2机床移动部件；3定尺座；4防

45、护罩；5滑尺组件；6滑尺座；7调整板；8定尺组件 1/21/202370 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直线感应同步器是由相对平行移动的定尺和滑尺两部分组成，如图2.23所示。定尺和滑尺均由基板、绝缘层、绕组及屏蔽层组成。图2.23 定尺、滑尺绕组结构(a)定尺绕组 (b)滑尺绕组1/21/202371 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直线感应

46、同步器可分为标准型、窄型、带型。(2)感应同步器的工作原理感应同步器利用定尺和滑尺两个平面印刷电路绕组的互感随其相对位置的变化而变化的原理，将位移量转换为电信号。当励磁绕组用一定频率的正弦电压励磁时，将产生同频率的交变磁通，如图2.24所示(这里只绘出了一相励磁绕组)。1/21/202372 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程为了说明感应电势与位置的关系，如图2.25所示，先考虑S绕组单独励磁。当考虑 图2.24 感应同步器的工作原理示意图图2.25 感应电动势与两相绕组

47、相对位置的关系1/21/202373 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程C绕组单独励磁时，定尺感应电动势变化如曲线2所示，为余弦曲线，我们称C绕组为余弦绕组。当两个绕组同时励磁时，定尺上产生的总的感应电动势是正弦、余弦绕组分别励磁时产生的感应电动势之和。当激磁频率f等一些参数选定之后，通过信号处理电路就能得到被测位移与感应电动势的对应关系，从而达到测量的目的。(3)感应同步器的信号处理方式1/21/202374 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机

48、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对于感应同步器组成的检测系统，可以采用不同的励磁方式，并可对输出信号采取不同的处理方式。从励磁方式来说，可分为两大类，一类是以滑尺(或定子)励磁，由定尺(或转子)取出感应电动势信号；另一类是以定尺(或转子)励磁，由滑尺(或定子)取出感应电势 信号。1)鉴相型 1/21/202375 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程两个励磁绕组分别在定尺绕组上感应出电动势，将其叠加后定尺绕组

49、上总的感应电动势为：式中 K定、滑尺的电磁耦合系数；X定、滑尺相对位移量；W定尺节距。1/21/202376 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2)鉴幅方式 如果给滑尺的正、余弦绕组以同频、同相但不等幅的激磁电压，即两个励磁绕组分别在定尺绕组上感应出电动势，将其叠加后定尺绕组上总的感应电动势为：1/21/202377 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过

50、程3)脉冲调宽型(4)感应同步器在数控机床中的应用1)定位控制系统 定位控制仅仅要求控制对象按指令进入要求的位置，在加工过程中，主要实现坐标的点到点的准确定位。比较典型的是卧式镗床、坐标镗床和镗铣床再切削加工前刀具的定位控制。例：鉴幅型滑尺励磁定位控制，如图2.26所示。2)随动控制系统 随动控制系统是在机床主动部件上安装检测元件，发出主动位置检1/21/202378 机械专业系列教材机械检测技术 出版社 理工分社 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 测信号，并用它作为控制系统的指令信号，而机床的从动部件，则通过从动部