第13.1次課位移測量

1、機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量第13次課第六章 位移測量第七章振動測試基礎機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量第第6章章 位移測量位移測量6.1 常用位移測量方法常用位移測量方法 位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱。位移測量在機械工程中應用很廣，在機械工程中不僅經常要求精確地測量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等許多參數(shù)的測量，也是以位移測量為基礎的。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 位移是向量，除了確定其大小之外，還應確定其方向。一般情況下，應使測量方向與位移方向重合，這樣才能真實地測量出位移量的大小。如測量方向和位

2、移方向不重合，則測量結果僅是該位移在測量方向的分量。 位移測量時，應當根據(jù)不同的測量對象，選擇適當?shù)臏y量點、測量方向和測量系統(tǒng)。位移測量系統(tǒng)是由位移傳感器、相應的測量放大電路和終端顯示裝置組成。位移傳感器的選擇恰當與否，對測量精度影響很大，必須特別注意。 針對位移測量的應用場合，可采用不同用途的位移傳感器。表6-1中列出了較常見的位移傳感器的主要特點和使用性能。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量表表6-1 常用位移傳感器一覽表常用位移傳感器一覽表型式型式測量范圍測量范圍精確度精確度直線性直線性特點特點電阻式滑線式線位移1300mm0.1%0.1%分辨力較好，可靜態(tài)或動態(tài)測

3、量。機械結構不牢固角位移03600.1%0.1%變阻器式線位移11000mm0.5%0.5%結構牢固，壽命長，但分辨力差，電噪聲大角位移060r0.5%0.5%應變式非粘貼的0.15%應變0.1%1%不牢固粘貼的0.3%應變2%3%使用方便，需溫度補償半導體的0.25%應變2%3%滿刻度 20%輸出幅值大，溫度靈敏性高機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量電感式自感式變氣隙型0.2mm1%3%只宜用于微小位移測量螺管型1.52mm測量范圍較前者寬，使用方便可靠，動態(tài)性能較差特大型3002000mm0.15% 1%差動變壓器0.0875mm0.50.5%分辨力好，受到磁場干擾時需

4、屏蔽渦電流式2.5250mm1% 3%3%分辨力好，受被測物體材料、形狀、加工質量影響同步機3600.170.5%可在1200r/min轉速工作，堅固，對溫度和濕度不敏感微動同步器101%0.05%非線性誤差與變壓比和測量范圍有關旋轉變壓器600.1%電容式變面積10-3103mm0.005%1%受介電常數(shù)因環(huán)境溫度、濕度而變化的影響變間距10-310mm0.1%分辨力很好，但測量范圍很小，只能在小范圍內近似地保存線性機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量霍爾元件1.5mm0.5%結構簡單，動態(tài)特性好感應同步器直線式10-3104mm2.5m 250mm模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，

5、數(shù)字顯示(直線式感應同步器的分辨力可達1m)旋轉式0o3600.5計量光柵長光柵10-3103mm3m 1m同上(長光柵分辨力可達1m)圓光柵0o3600.5”磁尺長磁尺10-3104mm5m 1m測量時工作速度可達12m/min圓磁尺0o3601”角度編碼器接觸式0o36010-6rad分辨力好，可靠性高光電式0o36010-6rad系指這種傳感器形式能夠達到的最大可測位移范圍，而每一種規(guī)格的傳感器都有其一定的，遠小于此范圍的工作量程。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量6.2 用光柵測量位移用光柵測量位移 隨著數(shù)字技術的發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的數(shù)字式位移傳感器。 常用的數(shù)字

6、位移傳感器有計量光柵、磁尺、編碼器和感應同步器等。 都有線位移測量和角位移測量兩種構造形式。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量(1) 光柵測量原理光柵測量原理光柵是在基體上刻有均勻分布條紋的光學元件。用于位移測量的光柵稱為計量光柵。a)計量光柵分為投射式及反射式兩種。前者使光線通過光柵后產生明暗條紋，后者反射光線并使之產生明暗條紋。b)測量直線位移的光柵稱為直光柵，測量角位移的光柵稱為圓形光柵。 在直光柵中，若a為刻線寬度，b為縫隙寬度，則Wa+b稱為光柵的柵距(也稱光柵常數(shù))。通常ab，或a:b1.1:0.9。線紋密度一般為每毫米100、50、25和10線。有些柵距達1

7、2mm，但很少用。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 標尺光柵標尺光柵的有效長度即為測量范圍。必要時，標尺光柵還可接長。 指示光柵指示光柵比標尺光柵短得多，但兩者刻有同樣柵距。 .使用時兩光柵相互重疊，兩者之間有微小的空隙d（取dW 2/，為有效光波長），使其中一片固定，另一片隨著被測物體移動，即可實現(xiàn)位移測量。光柵光柵主要由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件光電元件等組成。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量光柵式位移傳感器光柵式位移傳感器 優(yōu)點優(yōu)點：具有分辨力高(可達1m或更小）、測量范圍大（幾乎不受限制）、動態(tài)范圍寬

8、等優(yōu)點，且易于實現(xiàn)數(shù)字化測量和自動控制，是數(shù)控機床和精密測量中應用較廣的檢測元件。 缺點缺點： 對使用環(huán)境要求較高，在現(xiàn)場使用時要求密封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 “莫爾條紋莫爾條紋”當指示光柵和標尺光柵的線紋以一個微小的夾角相交時，由于擋光效應(當線紋密度50條/mm時)或光的衍射作用(當線紋密度100條/mm時)，在與光柵線紋大致垂直的方向上(兩線紋夾角的等分線上)產生出亮、暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋莫爾條紋”。 如圖6.1莫爾條紋的生成所示。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量圖6.1機械工程測試技

9、術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量莫爾條紋有如下的重要特征：(1)莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期誤差的影響。 (2)在兩光柵沿刻線的垂直方向作相對移動時，莫爾條紋在刻線方向移動。兩光柵相對移動一個柵距W，莫爾條紋也同步移動一個間距BH，固定點上的光強則變化一周。而且在光柵反向移動時，莫爾條紋移動方向也隨之反向。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 式中BH莫爾條紋的間距； W光柵柵距； 兩光柵刻線間的夾角(rad)。 (6-1)(3)莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角之間的關系為機械工程測試技術基礎機械工程測試技

10、術基礎第六章位移測量 從式(6-1)可知，當W一定時，越小，則B越大。這相當于把柵距放大了1/倍，提高了測量的靈敏度。 一般夾角很小，W可以做到約0.01mm，而B可以做到68mm。采用特殊電子線路可以區(qū)分出B/4的大小，因此可以分辨出W/4的位移量。例如W=0.01mm的光柵可以分辨0.0025mm的位移量。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 若用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化，則光信號被轉換為電信號(電壓或電流)輸出。輸出電壓信號的幅值為光柵位移量x的函數(shù)，即 (6-2)式中u0輸出信號中的直流分量； um輸出正弦信號的幅值； x兩光柵間的瞬時相對位移。 機械工

11、程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 將該電壓信號放大、整形使其變?yōu)榉讲ǎ浳⒎蛛娐忿D換成脈沖信號，再經過辨向電路和可逆計數(shù)器計數(shù)，則可在顯示器上以數(shù)字形式實時地顯示出位移量的大小。 位移量為脈沖數(shù)與柵距的乘積。當柵距為單位長度時，所顯示的脈沖數(shù)則直接表示出位移量的大小。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量(2) 辨向原理辨向原理 注意到無論可動光柵片是向左或向右移動，在一固定點觀察時，莫爾條紋同樣都是作明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計數(shù)脈沖，從而無法判別光柵移動的方向，也不能正確測量出有往復移動時位移的大小。因而必須在測量電路中加入辨向電路。 .

12、機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量在圖6. 2辨向邏輯原理中，兩個相隔1/4莫爾條紋間距的光電元件，將各自得到相差/2的電信號u1和u2。它們經整形轉換成兩個方波信號u1和u2。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 從圖中波形的對應關系可看出，當光柵沿A向移動時，u1經微分電路后產生的脈沖（圖中充填的脈沖）正好發(fā)生在u2處于“l(fā)”電平時，從而經 Yl 輸出一個計數(shù)脈沖；而u1經反相并微分后產生的脈沖（圖中未充填的脈沖）則與u2的“0”電平相遇，與門Y2被阻塞，沒有脈沖輸出。 當光柵沿 方向移動時，u1的微分脈沖發(fā)生在u2為“0”電平時，與門Y1無脈沖輸出；

13、而u1的反相微分脈沖則發(fā)生在u2的“1”電平時，與門Y2輸出一個計數(shù)脈沖。A機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 u2的電平狀態(tài)實際上是與門的控制信號，移動方向不同，u1所產生的計數(shù)脈沖的輸出路線也不同。 于是可以根據(jù)運動方向正確地給出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖，再將其輸入可逆計數(shù)器，即可實時顯示出相對于某個參考點的位移量。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量(3) 細分技術細分技術 若以移過的莫爾條紋的數(shù)來確定位移量，其分辨力為光柵柵距。 為了提高分辨力和測得比柵距更小的位移量，可采用細分技術。 細分方法在莫爾條紋信號變化的一個周期內，給出若干個計數(shù)脈沖來減小

14、脈沖當量的方法。 細分方法有機械細分和電子細分兩類。 。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 電子細分法中較常用的是四倍頻細分法。在辨向原理中已知，在相差 BH/4 位置上安裝兩個光電元件，得到兩個相位相差/2的電信號。若將這兩個信號反相就可以得到四個依次相差/2 的信號，從而可以在移動一個柵距的周期內得到四個計數(shù)脈沖，實現(xiàn)四倍頻細分。也可以在相差BH/4 位置上安放四只光電元件來實現(xiàn)四倍頻細分。這種方法不可能得到高的細分數(shù)，因為在一個莫爾條紋的間距內不可能安裝更多的光電元件。但它有一個優(yōu)點，就是對莫爾條紋產生的信號波形沒有嚴格要求。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎

15、第六章位移測量6.3 光電盤和編碼盤光電盤和編碼盤 光電盤是一種最簡單的光電式轉角測量元件。 光電盤測量系統(tǒng)的結構和工作原理如圖6.3所示，它由光源、聚光鏡、光電盤、光欄板、光電管、整形放大電路和數(shù)字顯示裝置組成。(1) 光電盤光電盤機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 光電盤和光欄板可用玻璃研磨拋光制成，經真空鍍鉻后用照相腐蝕法在鍍鉻層上制成透光的狹縫，狹縫的數(shù)量可為幾百條或幾千條。 也可用精制的金屬圓盤在其圓周上開出一定數(shù)量的等分槽縫，或在一定半徑的圓周上鉆出一定數(shù)量的小孔，使圓盤形成相等數(shù)量的透明和不透明區(qū)域。 光欄

16、板上有兩條透光的狹縫，縫距等于光電盤槽距或孔距的1/4，每條縫后面放一只光電管。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 光電盤裝在回轉軸上，軸的另一端裝有齒輪，該齒輪與驅動齒輪或齒條嚙合時，可帶動光電盤旋轉。 回轉軸也可以直接被主軸或絲杠驅動。 光電盤置于光源和光電管之間，當光電盤轉動時，光電管把通過光電盤和光欄板射來的忽明忽暗的光信號轉換為電脈沖信號，經整形、放大、分頻、計數(shù)和譯碼后輸出或顯示。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 由于光電盤每轉發(fā)生的脈沖數(shù)不變，故由脈沖數(shù)即可測出被測軸的轉角或轉速。也可根據(jù)傳動裝置的速比換算出直線運動機構的直線位移。 根據(jù)

17、光欄板上兩條狹縫中信號的先后順序，可以判別光電盤的旋轉方向。 由于光電盤制造精度較低，只能測增量值，易受環(huán)境干擾，所以多用在簡易型和經濟型數(shù)控機床上。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 編碼盤是把被測轉角直接轉換成相應代碼的檢測元件。 編碼盤有光電式、接觸式和電磁式三種。(2) 編碼盤編碼盤光電式碼盤是目前應用較多的一種，它是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進制編碼。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 圖6.4所示為四位二進制碼盤，碼盤上各圓環(huán)分別代表一位二進制的數(shù)字碼道，在同一個碼道上印制黑（圖中表示為紅色）白等間隔圖案，形成一套編碼。黑色不透光區(qū)和

18、白色透光區(qū)分別代表二進制的“0”和“1”。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，在圓周范圍內可編數(shù)碼數(shù)為24=16個。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 工作時，碼盤的一側放置電源，另一側放置光電接受裝置，每個數(shù)位都對應有一個光電管及放大、整形電路。 碼盤轉到不同位置，光電元件接受光信號，并轉成相應的電信號，經放大整形后，成為相應數(shù)碼電信號。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 但由于光電管安裝誤差的影響，當碼盤回轉在兩碼段交替過程中，就會有一些光電管越過分界線，而另一些尚未越過，于是產生讀數(shù)誤差。 例如，當碼盤順時針方向旋轉，由位置“0111”變?yōu)椤?0

19、00”時，這四位數(shù)要同時都變化，可能將數(shù)碼誤讀成16種代碼中的任意一種（這取決于光電管位置的偏離情況），如讀成1111、1011、1101、0001等，產生無法估計的數(shù)值誤差，這種誤差稱為非單值性誤差。為消除非單值性誤差，可采用以下的方法。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 循環(huán)碼又稱為格雷碼，它也是一種二進制編碼，只有“0”和“l(fā)”兩個數(shù)。1)循環(huán)碼盤循環(huán)碼盤圖6.5所示為四位二進制循環(huán)碼盤。這種編碼的特點是任意相鄰的兩個代碼間只有一位代碼有變化，即由“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”。因此，在兩數(shù)變換過程中，因光電管安裝不準等產生的閱讀數(shù)誤差，最多不超過“1”，只可能

20、讀成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)。所以，它是消除非單值性誤差的一種有效方法。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量2)帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤 這種碼盤是在二進制循環(huán)碼盤的最外圈增加一圈信號位構成的。如圖所示，該碼盤最外圈上的信號位的位置正好與狀態(tài)交線錯開，只有信號位處的光電元件有信號才能讀數(shù)，這樣就不會產生非單值性誤差。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量6.4 用磁尺測量位移用磁尺測量位移 磁尺位置檢測裝置磁尺位置檢測裝置是由磁性標尺、磁頭磁性標尺、磁頭和和檢測電檢測電路路組成組成，該裝置方框圖如下圖所示。 磁尺的測量原理磁尺的

21、測量原理類似于磁帶的錄音原理。 在非導磁的材料如銅、不銹鋼、玻璃或其它合金材料的基體上鍍一層磁性薄膜(常用Ni-Co-P或Fe-Co合金)。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 測量線位移測量線位移時，不導磁的物體可以做成尺形(帶形)；測量角位移測量角位移時，可做成圓柱形。 在測量前在測量前，先按標準尺度以一定間隔(一般為0.05mm)在磁性薄膜上錄制一系列的磁信號。這些磁信號就是一個個按SN-NS-SN-NS方向排列的小磁體，這時的磁性薄膜稱為磁柵磁柵。 測量時測量時，磁柵隨位移而移動（或轉動）并用磁頭讀取(感應)這些移動的磁柵信號，使磁頭內的線圈產生感應正弦電動勢。對這

22、些電動勢的頻率進行計數(shù)，就可以測量位移了。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 優(yōu)點優(yōu)點： 磁性標尺磁性標尺制作簡單，安裝調整方便，對使用環(huán)境的條件要求較低：如對周圍電磁場的抗干擾能力較強；在油污、粉塵較多的場合下使用有較好的穩(wěn)定性。 用途用途：高精度的磁尺位置檢磁尺位置檢測裝置測裝置可用于各種測量機、精密機床和數(shù)控機床。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量1) 磁性標尺磁性標尺 磁性標尺（簡稱磁尺）按其基體形狀不同可分成 （1) 平面實體型磁尺平面實體型磁尺 磁頭和磁尺之間留有間隙，磁頭固定在帶有板彈簧的磁頭架上。 磁尺的剛度和加工精度要求較高，因而成

23、本較高。 磁尺長度一般小于600mm，如果要測量較長距離，可將若干磁尺接長使用。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量（2) 帶狀磁尺帶狀磁尺 帶狀磁尺是在磷青銅帶上鍍一層Ni-Co-P合金磁膜，帶寬為70mm，厚0.2mm，最大長度可達15m。 磁帶固定在用低碳鋼做的屏蔽殼體內，并以一定的預緊力繃緊在框架或支架中，使其隨同框架或機床一起脹縮，從而減小溫度對測量精度的影響。 磁頭工作時與磁尺接觸，因而有磨損。由于磁帶是彈性件，允許一定的變形，因此對機械部件的安裝精度要求不高。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 （3） 線狀磁尺線狀磁尺 材料材料：線狀磁尺

24、是在直徑為2mm的青銅絲上鍍Ni-Co合金或用永磁材料制成。 安裝安裝:線狀磁尺套在磁頭中間，與磁頭同軸，兩者之間具有很小的間隙。磁頭是特制的，兩磁頭軸向相距/4（為磁化信號的節(jié)距）。特性特性：由于磁尺包圍在磁頭中間，對周圍電磁場起到了屏蔽作用，所以抗干擾能力強，輸出信號大，系統(tǒng)檢測精度高。但線膨脹系數(shù)大，所以不宜做得過長，一般小于1.5mm。用途：用途：線狀磁尺的機械結構可做得很小，通常用于小型精密數(shù)控機床、微型測量儀或測量機上，其系統(tǒng)精度可達0.002mm/300mm（4） 圓型磁尺圓型磁尺 圓型磁尺的磁頭和帶狀磁尺的磁頭相同，不同的是將磁尺做成磁盤或磁鼓形狀，主要用來檢測角位移。 機械工

25、程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 近年來發(fā)展了一種粗刻度磁尺粗刻度磁尺，其磁信號節(jié)距為4mm，經過1/4、1/40或1/400的內插細分，其顯示值分別為1、0.1、0.01mm。 這種磁尺制作成本低，調整方便，磁尺與磁頭之間為非接觸式，因而壽命長。 適用于精度要求較低的數(shù)控機床。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量2) 磁頭磁頭 磁頭是進行磁電轉換的變換器，它把反映空間位置的磁信號轉換為電信號輸送到檢測電路中去。 普通錄音機上的磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成比例。屬于速度響應型磁頭。 根據(jù)數(shù)控機床的要求，為了在低速運動和靜止時也能進行位置檢測，必須采用磁通響應

26、型磁頭。這種磁頭用軟磁材料(如鈹莫合金)制成二次諧波調制器。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量其結構如圖所示，它由鐵心上兩個產生磁通方向相反的勵磁繞組和兩個串聯(lián)的拾磁繞組組成。將高頻勵磁電流通入勵磁繞組時，在磁頭上產生磁通1。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 當磁頭靠近磁尺時，磁尺上的磁信號產生的磁通0進入磁頭鐵心，并被高頻勵磁電流產生的磁通1所調制。于是在拾磁線圈中感應電壓為 式中U0感應電壓系數(shù)； 磁尺磁化信號的節(jié)距； x磁頭相對于磁尺的位移； 勵磁電流的角頻率。 (6-3)機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 為了辨別磁頭在磁尺

27、上的移動方向，通常采用間距為(m1/4)(m為任意正整數(shù))的兩組磁頭，其輸出電壓分別為 U1和U2是相位相差90的兩列脈沖，至于哪個導前，則取決于磁尺的移動方向。根據(jù)兩個磁頭輸出信號的超前或滯后，可確定其移動方向。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量3) 檢測電路檢測電路 磁尺必須和檢測電路配合才能進行測量。 除了勵磁電路以外，檢測電路檢測電路還包括濾波、放大、整形、倍頻、細分、數(shù)字化和計數(shù)等線路。 根據(jù)檢測方法不同，檢測電路分為鑒幅型鑒幅型和鑒相型鑒相型兩種。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量（1） 鑒幅型電路鑒幅型電路 如前所述，磁頭有兩組信號輸出，

28、將高頻載波濾掉后則得到相位差為/2的兩組信號 磁頭相對于磁尺每移動一個節(jié)距發(fā)出一個正(余)弦信號，其幅值經處理后可進行位置檢測。這種方法的線路比較簡單，但分辨率受到錄磁節(jié)距的限制，若要提高分辨率就必須采用較復雜的倍頻電路，所以不常采用。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量（2）鑒相型電路鑒相型電路 采用相位檢測的精度可以大大高于錄磁節(jié)距，并可以通過提高內插脈沖頻率提高系統(tǒng)的分辨力，可達1m。 參見式(6-3)，將一組磁頭的勵磁信號移相90，則輸出電壓為 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 在求和電路中相加，則得磁頭總輸出電壓為 顯然，合成輸出電壓U的幅值恒

29、定而相位隨磁頭與磁尺的相對位置x變化。 (6-7)有振蕩器發(fā)出的正弦波信號一路經90移相后經功率放大送至磁頭1的勵磁繞組，另一路經功率放大送至磁頭2的勵磁繞組。將兩磁頭的輸出信號送入求和電路中相加，并經帶通濾波器、限幅、放大整形得到與位置量有關的信號，送入檢相內插電路中進行內插細分，得到分辨率為預先設定單位的計數(shù)信號。計數(shù)信號送入可逆計數(shù)器，即可進行數(shù)字控制和數(shù)字顯示。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 磁尺制造工藝比較簡單，錄磁、消磁都較方便。若采用激光錄磁，可得到更高的精度。直接在機床上錄制磁尺，不需安裝、調整工作，避免了安裝誤差，從而得到更高的精度。磁尺還可以制作得

30、較長，用于大型數(shù)控機床。 目前數(shù)控機床的快速移動的速度已達到24m/min，因此，磁尺作為測量元件難以跟上這樣高的反應速度，使其應用受到限制。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量6.5 激光激光高度相干性：高度相干性：相干波是指兩個具有相同方向、相同頻率和相位差相同的波。普通光源是自發(fā)輻射光，是非相干光。激光是受激輻射光，具有高度的相干性。 激光與普通光相比具有許多特殊性能：機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量b) 方向性好方向性好： 普通光向四面八方發(fā)光，而激光器發(fā)出的激光發(fā)散角很小，幾乎與激光器的反射鏡面垂直。如配置適當?shù)墓鈱W準直系統(tǒng)，其發(fā)射角可小到10

31、-4rad以下，幾乎是一束平行光。c) 單色性單色性： 普通光源包含許多波長，所以具有多種顏色。如日光包含七種顏色，其相應波長從760380nm。激光的單色性高，如紅寶石激光器發(fā)射激光的波長為694.3nm。 d)亮度高亮度高：由于激光束極窄，所以有效功率和照度特別高。因此，激光廣泛應用于長距離，高精度的位移測量。機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量。根據(jù)光的干涉原理，兩列具有固定相位差，而且有相同頻率、相同的振動方向或振動方向之間夾角很小的光相互交疊，將會產生干涉現(xiàn)象，如圖6.9光的干涉現(xiàn)象所示。1) 激光干涉法測距原理激光干涉法測距原理 機械工程測試技術基礎機械工程測試技

32、術基礎第六章位移測量 由激光器發(fā)射的激光經分光鏡A分成反射光束S1和透射光束S2。 兩光束分別由固定反射鏡 M1和可動反射鏡M2反射回來，兩者在分光鏡處匯合成相干光束。 若兩列光S1和S2的路程差為N(為波長，N為零或正整數(shù))，實際合成光的振幅是兩個分振幅之和，光強最大。 當S1和S2的路程差為/2(或半波長的奇數(shù)倍)時，合成光的振幅和為零，此時光強最小。 機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎第六章位移測量 激光干涉儀激光干涉儀就是利用這一原理使激光束產生明暗相間的干涉條紋，由光電轉換元件接收并轉換為電信號，經處理后由計數(shù)器計數(shù)，從而實現(xiàn)對位移量的檢測。 由于激光的波長極短，特別是激光的單色性好，其波長值很準確。所以利用干涉法測距的分辨力至少為/2，利用現(xiàn)代電子技術還可測定0.01個光干涉條紋。因此，用激光干涉法測距的精度極高。 。 激光干涉儀激光干涉儀由激光管、穩(wěn)頻器、光學干涉部分、光電接受元件、計數(shù)器和數(shù)字顯示器組成。 目前應用較多的是雙頻激光干涉儀