《位移传感器》PPT课件.ppt

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1、v第六章第六章 位移传感器位移传感器v v 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程主要内容：主要内容：几种典型机械位移传感器的机械结构原理和电路几种典型机械位移传感器的机械结构原理和电路形式形式测量物体运动速度所用几种典型传感器的工作原测量物体运动速度所用几种典型传感器的工作原理和使用方法理和使用方法 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程机械位移传感器机械位移传感器机机械械位位移移传传感感器器模模拟拟式式数数字字式式电位器式电位器式电阻应变式电阻应变式电容式电容式螺线管电感式螺线管电感式差动变压器式差动变压器式涡流式涡流式光电式光电式霍尔器件式霍尔器件式光栅式光栅式磁栅式

2、磁栅式 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程一、电位器式位移传感器一、电位器式位移传感器工作原理工作原理 基于均匀截面导体电阻基于均匀截面导体电阻计算公式：计算公式：山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程结构结构 由电阻体、电刷、滑动臂及焊片等组成。由电阻体、电刷、滑动臂及焊片等组成。图示图示360360度圆盘形电位器度圆盘形电位器中间焊片为滑动片，右中间焊片为滑动片，右焊片接地，左焊片接电焊片接地，左焊片接电源源 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程测量转换电路测量转换电路对直线式对直线式 山东交通职业学院机

3、电工程山东交通职业学院机电工程输出特性输出特性输出电压输出电压 为消除非线性误差，在为消除非线性误差，在实际应用中，应使实际应用中，应使R RL L20R20R。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程主要技术参数主要技术参数1 1）、最大阻值和最小阻值）、最大阻值和最小阻值 电位器最大阻值是指电位器标称阻值；电位器最大阻值是指电位器标称阻值；最小阻值又称为零阻值。最小阻值又称为零阻值。2 2）、阻值变化规律）、阻值变化规律 为适应不同的用途，电位器阻值变化规律也为适应不同的用途，电位器阻值变化规律也做不同形式，常用阻值变化规律为直线式、指数做不同形式，常用阻值变化规律为直线式、指数式

4、、对数式。式、对数式。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3）、滑动噪声：由于电位器电阻体电阻分配不当，）、滑动噪声：由于电位器电阻体电阻分配不当，转动系统配合不好及存在接触电阻等原因，会使电转动系统配合不好及存在接触电阻等原因，会使电位器的接触电阻在移动时，输出端除有用的传感信位器的接触电阻在移动时，输出端除有用的传感信号外，还伴有随传感信号起伏不定的噪声电压，这号外，还伴有随传感信号起伏不定的噪声电压，这就是滑动噪声。滑动噪声会直接对测试结果带来影就是滑动噪声。滑动噪声会直接对测试结果带来影响。响。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程电位器电位器优优点点 结构简

5、单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高，且稳定性结构简单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高，且稳定性好，可以实现线性及任意函数特性，受环境因素好，可以实现线性及任意函数特性，受环境因素(温度、湿度、温度、湿度、电磁干涉、放射性电磁干涉、放射性)影响较小，输出信号较大，一般不需放大。影响较小，输出信号较大，一般不需放大。因此，是最早获得工业应用的传感器之一。因此，是最早获得工业应用的传感器之一。存在摩擦和磨损，由于有摩擦，因而要求敏感元件有较存在摩擦和磨损，由于有摩擦，因而要求敏感元件有较大的输出功率，否则会降低传感器的精度，又由于有滑动触大的输出功率，否则会降低传感器的精度，又由于有滑动触点及磨损，

6、则使电位器的可靠性和寿命受到影响；点及磨损，则使电位器的可靠性和寿命受到影响；另外线绕电位器分辨力较低也是一个主要缺点。另外线绕电位器分辨力较低也是一个主要缺点。电位器电位器缺缺点点 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程二、螺线管式电感传感器二、螺线管式电感传感器 线圈电感量线圈电感量L L与衔铁进入长与衔铁进入长度度l l1 1关系可表示如下：关系可表示如下：其中：其中：L-L-线圈电感量；线圈电感量；-衔铁进入线圈衔铁进入线圈的长度；的长度；r r1 1-衔铁半径；衔铁半径；u um m-铁芯有效磁铁芯有效磁导率；导率；l-l-线圈长度；线圈长度；r-r-线圈平均半径；线圈平均

7、半径；N-N-线圈匝数。线圈匝数。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 若对衔铁输入位移若对衔铁输入位移x x则螺线管电感变化则螺线管电感变化量：量：电感灵敏度为：电感灵敏度为：其中：其中：山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程三、差动变压器三、差动变压器 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程性能指标性能指标1 1、灵敏度、灵敏度 差动变压器的灵敏度用单位位移输出的电压差动变压器的灵敏度用单位位移输出的电压或电流来表示。或电流来表示。影响灵敏度因素：影响灵敏度因素：1 1）、激励源电压和频率；）、激励源电压和频率；2 2）、差动变压器一、二次线圈的匝数比；）、

8、差动变压器一、二次线圈的匝数比；3 3）、）、衔铁的直径与长度，材料质量；衔铁的直径与长度，材料质量；4 4）、环境温度、）、环境温度、负载电阻等。负载电阻等。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2、线性范围、线性范围 理想的差动变压器输出电压应与衔铁位移成理想的差动变压器输出电压应与衔铁位移成线性关系。线性关系。实际上由于衔铁的直径、长度、材质和线圈实际上由于衔铁的直径、长度、材质和线圈骨架形状、大小的不同等均对线性有直接影响。骨架形状、大小的不同等均对线性有直接影响。差动变压器一般线性范围约为线圈骨架长度差动变压器一般线性范围约为线圈骨架长度的的1/10左右。左右。山东交通职业

9、学院机电工程山东交通职业学院机电工程测量电路测量电路1 1、相敏整流电路、相敏整流电路 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2 2、差动整流电路、差动整流电路 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程光栅位移传感器光栅位移传感器 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程光栅光栅物理光栅物理光栅计量光栅计量光栅基于光的衍射现象基于光的衍射现象基于光的透射和反射现象基于光的透射和反射现象透射式光栅透射式光栅反射式光栅反射式光栅长光栅长光栅圆光栅圆光栅 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程什么是光栅？什么是光栅？由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件由大量等

10、宽等间距的平行狭缝组成的光学器件abW光栅栅距光栅栅距或或光栅常数光栅常数 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程W条纹间距条纹间距工作原理工作原理 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程W条纹间距条纹间距光电元件光电元件 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程莫尔现象演示莫尔现象演示 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程条纹位置条纹位置方向不同方向不同条纹运动条纹运动方向不同方向不同 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程莫尔条纹特性莫尔条纹特性1.1.莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，对

11、光栅莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。除光栅刻线不均匀引起的误差。2.2.当两光栅沿与栅线垂直方向作相对移动时，莫尔当两光栅沿与栅线垂直方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。互垂直）；光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3、莫尔条纹间距是放大了的光栅栅距，它随着光栅、莫尔条纹间距是放大了的光栅栅距，它随着光栅刻线夹角而改

12、变。刻线夹角而改变。4、莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。、莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程LWL条纹间距大大增加条纹间距大大增加条纹间距大大增加条纹间距大大增加L=W/sinL=W/sin 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程透镜透镜光栅副光栅副光电元件光电元件光源光源结构结构 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程扫描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程光栅在机床上的安装位置（光栅在机床上的安装位置（2 2个自

13、由度）个自由度）山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程光栅在机床上的安装位置（光栅在机床上的安装位置（3 3个自由度）个自由度）数显表数显表 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程比较比较比较比较电路电路电路电路PPcc位置指令位置指令位置指令位置指令驱动驱动驱动驱动装置装置装置装置PPee位置偏差位置偏差位置偏差位置偏差伺服伺服伺服伺服电动机电动机电动机电动机工作台工作台工作台工作台光栅光栅光栅光栅传感器传感器传感器传感器信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路PPff位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈数控机床的位置

14、控制系统数控机床的位置控制系统数控机床的位置控制系统数控机床的位置控制系统 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2 2自由度光栅数显表自由度光栅数显表X位移位移显示显示Y位移位移显示显示 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3自由度光栅数显表自由度光栅数显表 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程三座标数显表 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程SDS8-3E SDS8-3E 光栅数显箱功能光栅数显箱功能:公制公制/英制转换英制转换绝对绝对/相对转换相对转换线性误差补偿线性误差补偿正反方向计算正反方向计算归零归零插值补偿插值补偿到达目标值停机到

15、达目标值停机PCDPCD圆周分孔圆周分孔200200组零位记忆组零位记忆电蚀深度目标值显示电蚀深度目标值显示实时工作位置显示实时工作位置显示掉电记忆掉电记忆 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 设定按键 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁磁 栅栅 传传 感感 器器 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程特点特点 制作简单，录磁方便，易于安装及调试，测制作简单，录磁方便，易于安装及调试，测量范围宽可达几十米，抗干扰力强等一系列优点。量范围宽可达几十米，抗干扰力强等一系列优点。分类分类长磁栅长磁栅圆磁栅圆磁栅 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程

16、结构及工作原理结构及工作原理 磁栅传感器主要由磁栅传感器主要由磁尺磁尺、磁头磁头和和信号处理电信号处理电路路组成。组成。1 1、磁尺、磁尺 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2 2、磁头、磁头动态磁头：只在磁头与磁尺间有相对运动时，才动态磁头：只在磁头与磁尺间有相对运动时，才有信号输出。有信号输出。静态磁头：在磁头与磁栅间没有相对运动时也有静态磁头：在磁头与磁栅间没有相对运动时也有信号输出。信号输出。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3、检测电路、检测电路 用来供给磁头激励电压和将磁头检测到信号用来供给磁头激励电压和将磁头检测到信号转换为脉冲信号输出。转换为脉冲信号输出。信号处理方式主要有：信号处理方式主要有：鉴相式鉴相式和和鉴幅式鉴幅式。山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程鉴相型磁栅数显表的原理框图鉴相型磁栅数显表的原理框图 磁尺与磁头接触，使用寿命磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。不如光栅，数年后易退磁。设置两个磁头的设置两个磁头的意义何在？意义何在？