機械測量與電感傳感器資料學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1機械機械(jxi)測量與電感傳感器資料測量與電感傳感器資料第一頁，共75頁。第1頁/共74頁第二頁，共75頁。如何提高(t go)測量精度？更細(xì)的刻度？第2頁/共74頁第三頁，共75頁。如何在更細(xì)的刻度上實現(xiàn)(shxin)方便的讀數(shù)？第3頁/共74頁第四頁，共75頁。第4頁/共74頁第五頁，共75頁。2tantan光柵光柵(gungshn)橫向莫爾條紋的橫向莫爾條紋的斜率斜率莫爾條紋莫爾條紋(tio wn)間距間距WWBCABBH2sin22sin莫爾條紋的寬度莫爾條紋的寬度BH由光柵由光柵常數(shù)與光柵夾角決定常數(shù)與光柵夾角決定 第5頁/共74頁第六頁，共75頁。向產(chǎn)生相對移動時，莫爾條

2、紋也要按向產(chǎn)生相對移動時，莫爾條紋也要按對應(yīng)關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)的移動，其移動距對應(yīng)關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)的移動，其移動距離的大小與方向都具有離的大小與方向都具有(jyu)嚴(yán)格的嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，即兩種位移信號之間為線對應(yīng)關(guān)系，即兩種位移信號之間為線性比例放大關(guān)系。性比例放大關(guān)系。第6頁/共74頁第七頁，共75頁。第7頁/共74頁第八頁，共75頁。n在相距的位置上在相距的位置上設(shè)置兩個光電元設(shè)置兩個光電元件件1和和2，以得到，以得到兩個相位互差兩個相位互差90的正弦信號的正弦信號在前面演示的莫爾條紋在前面演示的莫爾條紋(tio wn)中，動尺左移莫爾條紋中，動尺左移莫爾條紋(tio wn)向下運動，向下運動，2比

3、比1超超前前90，動尺右移莫爾條紋，動尺右移莫爾條紋(tio wn)向上運動，向上運動，2比比1滯滯后后90。第8頁/共74頁第九頁，共75頁。u1比比u2超前超前90時，時，Q=1u1比比u2滯后滯后(zh hu)90時，時，Q=0第9頁/共74頁第十頁，共75頁。幅值細(xì)分幅值細(xì)分 光柵測量的原始信號是正弦信號，測量到信號的幅值就可光柵測量的原始信號是正弦信號，測量到信號的幅值就可以以(ky)推導(dǎo)出對應(yīng)的角度，相當(dāng)于對一個周期推導(dǎo)出對應(yīng)的角度，相當(dāng)于對一個周期360度內(nèi)的測量進行了進度內(nèi)的測量進行了進一步的細(xì)分一步的細(xì)分第10頁/共74頁第十一頁，共75頁。第11頁/共74頁第十二頁，共75

4、頁。第12頁/共74頁第十三頁，共75頁。例：光柵一個脈沖為例：光柵一個脈沖為20um，找到第一個零點，找到第一個零點過，過了過，過了488個脈沖找到了第二個零點，當(dāng)前個脈沖找到了第二個零點，當(dāng)前(dngqin)位置距第二個零點有位置距第二個零點有21個脈沖，則個脈沖，則當(dāng)前當(dāng)前(dngqin)位置距離起始點有位置距離起始點有11509個脈個脈沖，即沖，即230.18mm第13頁/共74頁第十四頁，共75頁。三個自由度三個自由度兩個兩個(lin )自由度自由度第14頁/共74頁第十五頁，共75頁。第15頁/共74頁第十六頁，共75頁。第16頁/共74頁第十七頁，共75頁。2ctD 第17頁/共

5、74頁第十八頁，共75頁。第18頁/共74頁第十九頁，共75頁。 =Ls(m+m)其中其中 Ls稱作稱作“光尺光尺”第19頁/共74頁第二十頁，共75頁。不足不足10 m 的尾數(shù)為的尾數(shù)為2 m，把兩個光尺相加起來的讀數(shù)，把兩個光尺相加起來的讀數(shù)為為2.047 m。 這樣就解決了大量程和高精度的矛盾。這樣就解決了大量程和高精度的矛盾。其中最長的測尺決定了測距的量程，最短的測尺決其中最長的測尺決定了測距的量程，最短的測尺決定了測距的精度。定了測距的精度。第20頁/共74頁第二十一頁，共75頁。第21頁/共74頁第二十二頁，共75頁。第22頁/共74頁第二十三頁，共75頁。測量精度受到一定測量精度

6、受到一定限制，但體積小且限制，但體積小且攜帶方便，不需要攜帶方便，不需要能源，因此應(yīng)用能源，因此應(yīng)用(yngyng)比較廣比較廣泛。泛。第23頁/共74頁第二十四頁，共75頁。第24頁/共74頁第二十五頁，共75頁。循環(huán)碼習(xí)慣上又稱格雷碼，任意相鄰(xin ln)的兩個代碼間只有一位代碼有變化，因此，在兩數(shù)變換過程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過“1”。帶判斷位的循環(huán)碼就是在最外圈再增加一圈信號位，在光電元件有信號時才讀數(shù)，就不會產(chǎn)生非單值性誤差。 第25頁/共74頁第二十六頁，共75頁。第26頁/共74頁第二十七頁，共75頁。第27頁/共74頁第二十八頁，共75頁。22DncDDfVDVDTC

7、WCW22DncDDfVDVDTCCWCCW22222224cDnDncDTTTCCWCWn為光纖材料為光纖材料(cilio)的折射的折射率率第28頁/共74頁第二十九頁，共75頁。n可以看出，提高此種光纖陀螺可以看出，提高此種光纖陀螺(tulu)儀輸出靈儀輸出靈敏度的途徑在于加大敏度的途徑在于加大D和增加光纖線圈的匝數(shù)和增加光纖線圈的匝數(shù)N。ssKCLDnCDnCNTNvTTNTN22222222第29頁/共74頁第三十頁，共75頁。第30頁/共74頁第三十一頁，共75頁。第31頁/共74頁第三十二頁，共75頁。加速度。加速度。第32頁/共74頁第三十三頁，共75頁。bbbbxkyycymx

8、xkxxcxmxxy 0質(zhì)量(zhling)彈簧阻尼系統(tǒng)可以把加速度轉(zhuǎn)換成與之成比例的質(zhì)量(zhling)塊相對于傳感器基座的位移，采用位移傳感器作為變換器。第33頁/共74頁第三十四頁，共75頁。(xingwi)地改變地改變180。第34頁/共74頁第三十五頁，共75頁。第35頁/共74頁第三十六頁，共75頁。第36頁/共74頁第三十七頁，共75頁。等強度彈性懸臂梁固定安裝等強度彈性懸臂梁固定安裝(nzhung)在傳感器的基座上，在傳感器的基座上，梁的自由端固定一質(zhì)量塊梁的自由端固定一質(zhì)量塊m，在，在梁的根部附近兩面上各貼一個性梁的根部附近兩面上各貼一個性能相同的應(yīng)變片，應(yīng)變片接成對能相同的

9、應(yīng)變片，應(yīng)變片接成對稱差動電橋。稱差動電橋。第37頁/共74頁第三十八頁，共75頁。第38頁/共74頁第三十九頁，共75頁。第39頁/共74頁第四十頁，共75頁。第40頁/共74頁第四十一頁，共75頁。02imiiLRSSLi 各段導(dǎo)磁體的長度； i各段導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率； Si 鐵芯材料的截面積； 氣隙的厚度(hud)；0 空氣的導(dǎo)磁率；S 空氣隙的截面積；R空氣(kngq)氣隙R導(dǎo)磁體忽略導(dǎo)磁體磁阻第41頁/共74頁第四十二頁，共75頁。02imiiLRSS202SNL a）變間隙(jin x)式b）S變面積(min j)式c）螺管式磁路磁阻隨著銜磁路磁阻隨著銜鐵插入深度不同鐵插入深度不同而變

10、化而變化第42頁/共74頁第四十三頁，共75頁。線性度(變間隙(jin x)式)00LLk靈敏度：靈敏度：L實際輸出特性理想輸出特性第43頁/共74頁第四十四頁，共75頁。202NdSdLk靈敏度：靈敏度：SL實際(shj)輸出特性理想輸出特性線性度(變面積式)第44頁/共74頁第四十五頁，共75頁。當(dāng)磁芯位移(wiy)t時，電感的相對增量為：差動螺管式電感傳感器：差動螺管式電感傳感器：實際輸出特性是非線性。銜鐵工作在螺線管中部時，認(rèn)為線圈磁場強度均勻的，線圈電感量L與銜鐵插入深度大致成正比。適合測取稍大一些的位移。23002020003htthRNLLLsm00030200000333ttL

11、LttttttLLLLss000300000626ttLLttttLLLLssZ 第45頁/共74頁第四十六頁，共75頁。LjRLjREZZERRRZZZZZZEZZZZZZEUssSC221)()()(4332112121RRZZ第46頁/共74頁第四十七頁，共75頁。ELRLELRRLUsssSC2222222)(2)(22)()(22LRRZs)(11(111222ssssSCRRLLQjLLRRQQEUsRLQ幅值：幅值： 輸出阻抗輸出阻抗(sh ch z kn)： 輸出也可寫成：輸出也可寫成： 品質(zhì)因素：品質(zhì)因素： 第47頁/共74頁第四十八頁，共75頁。ssSCRREU2交流電橋結(jié)

12、構(gòu)簡單，其電阻交流電橋結(jié)構(gòu)簡單，其電阻(dinz)(dinz)可用兩個電阻可用兩個電阻(dinz)(dinz)和和一個電位器組成，調(diào)零方便。一個電位器組成，調(diào)零方便。(1)當(dāng)當(dāng)Q值很高時，有值很高時，有 LLEUSC2氣隙式差動傳感器：氣隙式差動傳感器： 0EUSC螺管型差動傳感器：螺管型差動傳感器：測量電路(交流電橋)第48頁/共74頁第四十九頁，共75頁。21ZZEI1221122ZZZZEEZIUO雙臂工作雙臂工作(gngzu)時，若時，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變

13、壓器電橋與電阻平衡臂電橋相比，元件少，變壓器電橋與電阻平衡臂電橋相比，元件少，輸出阻抗小，橋路開路時電路呈線性；缺點是輸出阻抗小，橋路開路時電路呈線性；缺點是變壓器副邊不接地，容易引起來自原邊的靜電變壓器副邊不接地，容易引起來自原邊的靜電感應(yīng)電壓，使高增益放大器不能工作。感應(yīng)電壓，使高增益放大器不能工作。 第49頁/共74頁第五十頁，共75頁。LCf21LLfLCLCf243調(diào)相電路調(diào)相電路(dinl) (dinl) RLarctan2LLRLRL212具有嚴(yán)重的非線性誤差，只有在具有嚴(yán)重的非線性誤差，只有在f f較較大時才能達到較高的精度大時才能達到較高的精度 第50頁/共74頁第五十一頁，

14、共75頁。n)變化，輸變化，輸出信號改變。出信號改變。第51頁/共74頁第五十二頁，共75頁。dtIdME1tjMeII11111IMjeMIjdtIdMEtjM111LjRUI111LjRUMjIMjEUO第52頁/共74頁第五十三頁，共75頁。111LjRuI1212IMjeIMjebbaauLRMMULjRuMMjweeUbaObaO2121112122)()()(，幅值第53頁/共74頁第五十四頁，共75頁。uLRMUO2121)(2uLRMUO2121)(2MMeMMLRMuUsO021212)(2es0為磁芯處于中間(zhngjin)平衡位置時單個次級線圈的感應(yīng)電壓 第54頁/共7

15、4頁第五十五頁，共75頁。的材料的材料在不使線圈過熱的條件下盡量提高激勵在不使線圈過熱的條件下盡量提高激勵電壓。電壓。第55頁/共74頁第五十六頁，共75頁。212112121111210224)/ln()()1 (hlrrhlhlINfNkxkxUO如果如果(rgu)(rgu)用恒壓流供電，用恒壓流供電，其線性度可以改善，此時有其線性度可以改善，此時有UxxlhlxhlhNNUO211212212112122343第56頁/共74頁第五十七頁，共75頁。輸入交流電壓為正半周， A點電位(din wi)為正，B點電位(din wi)為負(fù)，V1、V4導(dǎo)通，V2、V3截止。A-E-C-B中，C點電

16、位(din wi)由于Z1，C點電位(din wi) ；A-F-D-B中，D點電位(din wi)由于Z2，D點電位(din wi)D點電位(din wi)高于C點電位(din wi)，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 輸入交流電壓為負(fù)半周，A點電位(din wi)為負(fù)，B點電位(din wi)為正，V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止A-F-C-B中，C點電位(din wi)由于Z2， C點電位(din wi) A-E-D-B中，D點電位(din wi)由于Z1 ， D點電位(din wi)仍然是D點電位(din wi)高于C點電位(din wi)，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時，電壓表總是反

17、向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。第57頁/共74頁第五十八頁，共75頁。第58頁/共74頁第五十九頁，共75頁。的測量結(jié)果?？蓽y的測量結(jié)果。可測量的振幅量的振幅(zhnf)范范圍為圍為0.15mm，振，振動 頻 率 一 般 為動 頻 率 一 般 為 0 150Hz。第59頁/共74頁第六十頁，共75頁。第60頁/共74頁第六十一頁，共75頁。H2的作用引起線圈等效阻抗、等效電感等發(fā)生相應(yīng)(xingyng)的變化第61頁/共74頁第六十二頁，共75頁。121111UIMjILjIR012222IMjILjIR等效電路模型(mxng)：線圈(xinqun)的等效阻抗：)()(222222212222221112

18、LLRMLjRLRMRIUZeqeqLjR第62頁/共74頁第六十三頁，共75頁。ras（ras=（ri+ra）/2）的短路環(huán)來集中表示分的短路環(huán)來集中表示分散的電渦流（圖中陰影散的電渦流（圖中陰影部分）部分）第63頁/共74頁第六十四頁，共75頁。第64頁/共74頁第六十五頁，共75頁。fhr3 .50電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。電渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。渦流式傳感器能對位移、厚度、表面溫度、電解質(zhì)濃度渦流式傳感器能對位移、厚度、表面溫度、電解質(zhì)濃度(nngd)(nngd)、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬、抗干擾能力強、不受具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)的影響等特點，所以應(yīng)用極其廣泛。油污等介質(zhì)的影響等特點，所以應(yīng)用極其廣泛。 第65頁/共74頁第六十六頁，共75頁。率的載波調(diào)幅電路和頻率變化載波調(diào)幅率的載波調(diào)幅電路和頻率變化載波調(diào)幅電路兩種。電路兩種。第66頁/共74頁第六十七頁，共75頁。ZZKZKeU11第67頁/共74頁第六十八頁，共75頁。第68頁/共74頁第六十九頁，共75頁。第69頁/共74頁第七十頁，共75頁。量，如磁導(dǎo)率、硬