現(xiàn)代檢測技術(shù)及應(yīng)用-數(shù)字式位移檢測技術(shù)

6.1位移檢測

位移(displacement)是指物體或其某一部分的位置相對參考點(diǎn)在一定方向上產(chǎn)生的位置變化量。 位移是向量。因此位移的度量除要確定其大小外，還要確定其方向。6.1.1位移檢測方法位移一般分為線位移和角位移。線位移測量包括長度、厚度、高度、距離、鍍層厚度等，角位移包括旋轉(zhuǎn)角、傾斜角、方向偏角等。常用位移測量方法：（1）速度積分法（2）回波法（3）線位移和角位移轉(zhuǎn)換法（4）物理參數(shù)法

（1）速度積分法 測量運(yùn)動體的速度或加速度，經(jīng)過積分或二次積分求得運(yùn)動體的位移。例如在慣性導(dǎo)航中，就是通過測量載體的加速度，經(jīng)過二次積分而求得載體的位移。（2）回波法從測量起始點(diǎn)到被測面是一種介質(zhì)，被測面以后是另一種介質(zhì)，利用介質(zhì)分界面對波的反射原理測位移。比如激光測距儀、超聲波液位計(jì)等。（3）線位移和角位移轉(zhuǎn)換法被測量是線位移時，若測量角位移更方便，則可用間接測量方法，通過測角位移再換算成線位移。

同樣，被測量是角位移時，也可先測線位移再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如汽車的里程表，是通過測量車輪轉(zhuǎn)數(shù)再乘以周長而得到汽車的里程的。（4）物理參數(shù)法

利用各種位移檢測裝置，將被測位移的變化轉(zhuǎn)換成電、光、磁等物理量的變化來測量，這是應(yīng)用最廣泛的一種方法?？衫玫臋z測轉(zhuǎn)換原理很多，根據(jù)檢測裝置信號輸出形式，有模擬和數(shù)字式兩大類。6.1.2線位移檢測電位器式位移傳感器

1光柵式位移檢測裝置

2感應(yīng)同步器

3激光測距

41.電位器式位移傳感器如圖，測量軸與內(nèi)部電位器電刷相連，當(dāng)其與被測物相接觸，有位移輸入時，測量軸便沿導(dǎo)軌移動，同時帶動電刷在滑線電阻上移動，因電刷的位置變化會有電阻變化，由電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，就可以判斷位移的大小。如要求同時測出位移的大小和方向，可將圖中的精密無感電阻和滑線電阻組成橋式測量電路。

在A、C兩端接上激勵電壓Ui，則當(dāng)電刷在輸入位移驅(qū)動下移動時，B、C兩端就會有電壓輸出Uo。設(shè)電位器為線性，長度為l，總電阻為R，電刷位移為x，相應(yīng)電阻為Rx，負(fù)載電阻為RL，根據(jù)電路分壓原理，電路的輸出電壓為：

電位器式位移傳感器測量原理與電路模型

若負(fù)載電阻為RL→∞，則有：

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,性能穩(wěn)定,對環(huán)境條件要求不高,輸出信號大，便于維修。電刷與電阻元件之間存在摩擦,易磨損，易產(chǎn)生噪聲，分辨力有限,精度不夠高,要求輸入的能量大，動態(tài)響應(yīng)較差，僅適于測量變化較緩慢的量。⑴光柵位移傳感器結(jié)構(gòu)光柵位移傳感器由光源、光路系統(tǒng)、光柵副(標(biāo)尺光柵+指示光柵)和光敏元件組成。

當(dāng)被測物體運(yùn)動時，光源發(fā)出的光透過光柵縫隙形成的光脈沖被光敏元件接收并計(jì)數(shù),即可實(shí)現(xiàn)位移測量，被測物體位移=柵距×脈沖數(shù)。2.光柵位移傳感器（2）光柵位移傳感器的光路(透射式）1-光源2-準(zhǔn)直透鏡3-主光柵4-指示光柵5-光電元件（3）

莫爾條紋在用光柵測量位移時，由于刻線很密，柵距很小，而光敏元件有一定的機(jī)械尺寸，故很難分辨到底移動了多少個柵距。因此，實(shí)際的計(jì)量光柵一般利用莫爾條紋來進(jìn)行測量。莫爾條紋的特點(diǎn)a.放大作用

b.誤差平均作用

c.方向?qū)?yīng)與同步性（4）位移測量原理用光敏元件接收莫爾條紋移動時光強(qiáng)的變化并轉(zhuǎn)換為電信號輸出。光敏元件接收的光強(qiáng)變化近似于正弦波，其輸出電壓信號的幅值U為光柵位移量x的正弦函數(shù)，即：

U=U0+Umsin(2πx/W)

式中U0—輸出信號中的直流分量；Um—輸出信號中正弦交流分量的幅值；x—兩光柵間的相對位移將該電壓信號放大、整形為方波，再由微分電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號，經(jīng)過辨向電路后送可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，就可得出位移量的大小，位移量為脈沖數(shù)與柵距的乘積，測量分辨力為光柵柵距W。（5）位移方向的辨別

單個光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動方向。 為了確定移動方向，可以在相差1/4柵距的位置安裝另一個光電元件，這樣可以得到相位相差90的兩個正弦信號。辨向電路正向移動時脈沖數(shù)累加，反向移動時，便從累加的脈沖數(shù)中減去反向移動所得到的脈沖數(shù)，這樣光柵傳感器就可辨向。辨向電路各點(diǎn)波形圖（6）光柵位移傳感器特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測量量程范圍大(可達(dá)數(shù)米)且同時具有高分辨力(可達(dá)0.01μm)和高精度；可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量；輸出數(shù)字量，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量和自動控制；具有較強(qiáng)的抗干擾能力。對使用環(huán)境要求較高，怕振動，怕油污、灰塵等的污染；制造成本高。⑴直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示

3.感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器繞組結(jié)構(gòu)示意圖。圖中上部為定尺繞組，下部為W型滑尺繞組。為了減小由于定尺和滑尺工作面不平行或氣隙不均勻帶來的誤差，各正弦和余弦繞組交替排列?；呶恢枚ǔ邥r間定尺感應(yīng)電動勢UsUca位置b位置c位置d位置UC勵磁的感應(yīng)電動勢Us勵磁的感應(yīng)電動勢abdc(2)直線感應(yīng)同步器工作原理

采用滑尺繞組勵磁，從定尺繞組取出感應(yīng)電勢的激勵方式。定尺繞組中感應(yīng)電勢的波形圖見圖12-9

正弦或余弦繞組在定尺上產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電勢分別為：

可見：定尺的感應(yīng)電勢取決于滑尺的相對位移x，故通過感應(yīng)電勢可測量位移。(3)感應(yīng)同步器信號的檢測

鑒幅法在滑尺的正、余弦繞組上施加頻率和相位相同、但幅值不同的正弦激勵電壓

利用函數(shù)電壓發(fā)生器使激勵電壓的幅值滿足

感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，可進(jìn)行線性疊加，可得定尺繞組輸出的總感應(yīng)電勢為式中kUmsin(

－θ)為感應(yīng)電勢的幅值，其值隨位移相位角θ(即位移x)而變化。若調(diào)整給定激勵電壓的相位角，使輸出感應(yīng)電動勢e的幅值為0，則此時有()=0。由于==2x/W，所以位移x=W/2，這就是鑒幅法測位移x的原理。鑒相法在滑尺的正、余弦繞組上加頻率相同、振幅相等、相位相差90的交流電壓。具有較高的精度與分辨力。測量長度范圍不受限制?？垢蓴_能力強(qiáng)。使用壽命長，維護(hù)簡單。工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。輸出信號較弱，需要高放大倍數(shù)的前置放大器。(4)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)

利用激光器向目標(biāo)發(fā)射單次激光脈沖或脈沖串，光脈沖從目標(biāo)反射后被接收，通過測量激光脈沖在待測距離上往返傳播的時間，計(jì)算出待測距離。（渡越時間法）換算公式為：

式中，L—待測距離；c—光速，t—光波往返傳輸時間。測量傳輸時間t，有脈沖式(直接測定時間)和相位式(間接測定時間)兩種方法。4.激光測距⑴脈沖式激光測距激光脈沖到目標(biāo)的往返傳輸時間測得t即可計(jì)算出被測距離（2）相位式激光測距用相位延遲的間接方法測定光在待測距離上往返傳播所需的時間，相位式激光測距方法的原理如圖12-11所示。激光脈沖往返傳輸時間為：

又則待測距離L為：相位法測距就像用尺量距離，測尺長度為λ/2，N為整尺長，?N為不足整尺的零數(shù)。但是，任何測量交變信號相位移的方法都不能確定出相位移的整周期數(shù)N，而只能測定其中不足2的?

。所以，當(dāng)距離L大于測尺長λ/2時，是無法測定距離的。如果測尺長度λ/2大于待測距離L，N＝0，故：

測出相位差?就能夠測出距離。如果被測距離較長，則可選擇較低的調(diào)制頻率f，使相應(yīng)的測尺長度大于待測距離，這樣就可保證距離測量的確定性。但是過大的測尺長度會導(dǎo)致誤差增大。實(shí)際的相位式激光測距系統(tǒng)經(jīng)常采用從大到小多個測尺來解決測量范圍和測量精度之間的矛盾。激光測距系統(tǒng)內(nèi)部組成示意圖擴(kuò)展閱讀KTC線性位移傳感器KTC拉桿系列傳感器用于對位移或者長度進(jìn)行精確測量。量程長達(dá)1250mm，線性度0.05%（型號大于350mm），重復(fù)精度±0.01mm。典型應(yīng)用于注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、橡膠機(jī)、鞋機(jī)、EVA注射機(jī)、木工機(jī)械、液壓機(jī)械等。

類型：位移傳感器量程：

0～75～425mm0～450～1250mm精確度：

±0.05%電阻：

±50%KΩ±50%～±200%KΩ供電電源：

≤10μA工作溫度：

-60～150℃最大工作速度：10m/s特點(diǎn)：

KTC是一般通用型，適合各類型設(shè)備的位置檢測典型應(yīng)用：注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、橡膠機(jī)、鞋機(jī)、EVA注射機(jī)、木工機(jī)械、液壓機(jī)械等技術(shù)指標(biāo)擴(kuò)展閱讀6.1.3角位移檢測很多測量線性位移的檢測裝置，在結(jié)構(gòu)上做適當(dāng)變動，就可以用于角位移的測量。

圖1是一種變氣隙式電感角位移傳感器；圖2是一種測量角位移的旋轉(zhuǎn)電位器；圖3是圓感應(yīng)同步器。

6.1.3角位移檢測圖1變隙式自感角位移傳感器圖2電位器式角位移傳感器圖3圓感應(yīng)同步器幾種常用的角位移傳感器1.旋轉(zhuǎn)變壓器2．微動同步器式角位移傳感器3.數(shù)字式角編碼器6.1.3角位移檢測旋轉(zhuǎn)變壓器是一種基于電磁感應(yīng)原理工作的精密角度位置檢測裝置，又稱分解器（Resolver)。⑴結(jié)構(gòu)類型旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。交流激磁電壓接到定子繞組上，感應(yīng)電動勢由轉(zhuǎn)子繞組輸出。右圖為二極旋轉(zhuǎn)變壓器繞組結(jié)構(gòu)。

1.旋轉(zhuǎn)變壓器⑵工作原理設(shè)加在定子繞組的勵磁電壓為：U1=Umsinωt，由于旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證了定子和轉(zhuǎn)子間氣隙內(nèi)的磁通分布呈正(余)弦規(guī)律，所以轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為：

式中，Um—勵磁電壓幅值；k—變壓比(即轉(zhuǎn)、定子繞組匝數(shù)比）；ω—勵磁電壓圓頻率；θ—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。

因此，轉(zhuǎn)子輸出電壓大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩繞組軸線的空間相互位置，兩者垂直時θ=0，U3為零；兩者平行時θ=90°，U3最大。鑒相式測量

轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電壓為：可知感應(yīng)電壓的相位角就等于轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角θ。因此只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。

鑒幅式

轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電壓為：若已知勵磁電壓的相位角

，則只需測出轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U的幅值kUmcos(

-θ)，便可間接求出轉(zhuǎn)子與定子的相對位置θ；若不斷調(diào)整勵磁電壓的相位角

，使幅值U的幅值kUmcos(

-θ)為0，跟蹤θ的變化，即可由求得角位移θ。

由四極定子和兩極轉(zhuǎn)子組成。定子的每個極上有兩個繞組，將各極中的一個繞組串聯(lián)，組成初級勵磁回路；將各極中的另一個繞組串聯(lián)，組成次級感應(yīng)回路。

2.微動同步式角位移傳感器次級繞組總感應(yīng)輸出電壓為：

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到對稱于定子的位置時，定子和轉(zhuǎn)子之間的四個氣隙幾何形狀完全相同，各極的磁通相等，使I、III極上的感應(yīng)電壓與II、IV級上的感應(yīng)電壓相等，總輸出電壓為零。

若轉(zhuǎn)子偏離零位一個角度，則四個氣隙不再相同，造成各極磁通的變化量不同，其中一對磁級的磁通量減小，另一對磁級的磁通量增加。這樣，次級就有一個正比于轉(zhuǎn)子角位移的電壓輸出。微動同步器的靈敏度大約為每度0.2~5V，測量范圍約±5°~±40°，線性度優(yōu)于0.1％。

2.微動同步式角位移傳感器角編碼器在結(jié)構(gòu)上主要由可旋轉(zhuǎn)的碼盤和信號檢測裝置組成。

增量式絕對式增量式編碼器的輸出是一系列脈沖，用一個計(jì)數(shù)裝置對脈沖進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)，再配合零位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)角位移的測量。

絕對式編碼器的輸出是與轉(zhuǎn)角位置相對應(yīng)的、唯一的數(shù)字碼，如果需要測量角位移量，則只需將前后兩次位置的數(shù)字碼相減就可以得到要求測量的角位移。

常用的碼盤主要有光電式和電磁式兩大類。3.角度編碼器(AngularEncoder)⑴光電式絕對編碼器結(jié)構(gòu)與工作原理光電式絕對編碼器的碼盤如圖12-21所示

在360°范圍內(nèi)可編數(shù)碼數(shù)為24=16個，在圓周內(nèi)的每一個角度方位對應(yīng)于不同的編碼，只要根據(jù)碼盤的起始和終止位置,就可以確定角位移3.數(shù)字式角編碼器絕對位置的二進(jìn)制編碼的產(chǎn)生

絕對編碼器的角度分辨率

如何保證高分辨率和測量精度

標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制編碼的碼盤的缺點(diǎn)

3.數(shù)字式角編碼器改進(jìn)方法：采用二進(jìn)制循環(huán)碼盤(格雷碼盤)，它的相鄰數(shù)的編碼只有一位變化，因此就把誤差控制在最小單位內(nèi)，避免了非單值性誤差。3.數(shù)字式角編碼器⑵光電式絕對編碼器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：直接把被測轉(zhuǎn)角或角位移轉(zhuǎn)換成唯一對應(yīng)的代碼，無需記憶，無需參考點(diǎn)，無需計(jì)數(shù)；在電源切斷后位置信息也不會丟失，而且指示沒有累積誤差；大大提高了編碼器的抗干擾能力和數(shù)據(jù)的可靠性；無磨損，碼盤壽命長，精度保持性好缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，碼盤基片為玻璃，抗沖擊和振動能力差；隨著分辨率的提高信號引出線較多3.數(shù)字式角編碼器擴(kuò)展閱讀

HGD-256光電單圈絕對編碼器HGD-256型光電式絕對編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度測量轉(zhuǎn)角或直線位移。通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。1、信號輸出方式有：a.并行格雷碼輸出b.485串行信號輸出c.4-20mA電流輸出d.SSI同步串行信號輸出2、根據(jù)用戶要求可設(shè)定并控制測量范圍的上、下限3、可以直接連接PLC或上位機(jī)4、鋁合金外殼，特殊表面處理特點(diǎn)：6.1位移檢測

6.2速度檢測6.3加速度檢測

物體運(yùn)動速度的測量分兩種：

線速度測量

旋轉(zhuǎn)速度的測量

6.2速度檢測如彈丸的飛行速度、機(jī)構(gòu)振動速度的測量，線速度的計(jì)量單位是米/秒(m/s)，工程上也用千米/小時(km/h)表示

如電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度，常稱其為轉(zhuǎn)速測量，單位是轉(zhuǎn)/分(r/min)，而在被測轉(zhuǎn)速很小時，測量單位時間內(nèi)物體轉(zhuǎn)過的角度，稱為角速度測量，單位是弧度/秒(rad/s)

6.2.1速度測量方法微、積分測速法

線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測速法

利用物理參數(shù)測速法(速度傳感器法)

時間、位移計(jì)算測速法

（1）微、積分測速法 對測得的物體運(yùn)動的位移信號微分可以得到物體運(yùn)動速度，或?qū)y得的物體運(yùn)動的加速度信號作時間積分也可以得到速度。

例如在振動測量時，應(yīng)用加速度計(jì)測得振動體的振動加速度信號，或應(yīng)用振幅計(jì)測得振動體的位移信號，再經(jīng)過電路進(jìn)行積分或微分運(yùn)算而得到振動速度。6.2.1速度測量方法（2）線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測速法

線速度與角速度在同一運(yùn)動體上是有固定關(guān)系的，在測量時可以采用互換的方法達(dá)到方便測量的目的。例如測火車行駛速度時，直接測線速度不方便，可通過測量車輪的轉(zhuǎn)速，換算出火車的行駛速度6.2.1速度測量方法（3）利用物理參數(shù)測速法(速度傳感器法)

利用各種速度傳感器測量與速度大小有確定關(guān)系的各種物理量來間接測量物體的運(yùn)動速度，將速度信號變換為電、光等易測信號。這是最常用的一種方法?？衫梦锢硇?yīng)很多，如電磁感應(yīng)原理、多普勒效應(yīng)、流體力學(xué)、聲學(xué)定律等等。6.2.1速度測量方法（4）時間、位移計(jì)算測速法

這種方法是根據(jù)速度的定義測量速度，即測量物體經(jīng)過的距離L和經(jīng)過該距離所需的時間t，來求得物體運(yùn)動的平均速度。根據(jù)這種測量原理，在確定的距離內(nèi)利用各種數(shù)學(xué)方法和相應(yīng)器件可延伸出許多測速方法，如相關(guān)測速法、空間濾波器測速法等等。6.2.1速度測量方法

常用速度檢測裝置性能與特點(diǎn)類型原理測量范圍精度特點(diǎn)線速度測量磁電式工作頻率10~500Hz≤10%靈敏度高，性能穩(wěn)定，移動范圍±（1~15）mm，尺寸重量較大空間濾波器1.5~200km/h±0.2%無需兩套特性完全相同的傳感器6.2.1速度測量方法轉(zhuǎn)

速

測

量交流測速發(fā)電機(jī)400~4000r/min<1%滿量程示值誤差在小范圍內(nèi)可調(diào)整預(yù)扭彈簧轉(zhuǎn)角直流測速發(fā)電機(jī)1400r/min1.5%有電刷壓降形成不靈敏區(qū)，電刷及整流子磨損影響轉(zhuǎn)速表精度離心式轉(zhuǎn)速表30~24000r/min±1%結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，不受電磁干擾，精度較低頻閃式轉(zhuǎn)速表0~1.5×105r/min1%體積小，量程寬，使用簡便，精度高，是非接觸測量光電式反射式轉(zhuǎn)速表30~4800r/min±1脈沖非接觸測量，要求被測軸徑大于3mm直射式轉(zhuǎn)速表1000r/min

在被測軸上裝有測速圓盤激光式測頻法轉(zhuǎn)速儀幾萬~幾十萬r/min±1脈沖/s適合高轉(zhuǎn)速測量，低轉(zhuǎn)速測量誤差大測周法轉(zhuǎn)速儀1000r/min

適合低轉(zhuǎn)速測量汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表70-9999r/min0.1%n±1r/min(n≤4000r/min)0.2%n±1r/min(n>4000r/min)利用汽車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時，線圈高壓放電，感應(yīng)出脈沖信號，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)不剖體測量6.2.2線速度測量霍爾效應(yīng)與霍爾元件1皮托管測速2空間濾波器測速34磁電感應(yīng)式測速彈丸飛行速度測量1.電磁感應(yīng)式測速

原理：導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動時，導(dǎo)體上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動速度有關(guān)

E=NBLv感應(yīng)電動勢E與線圈相對磁鐵的運(yùn)動速度v成正比，所以這種傳感器能直接測量速度

6.2.2線速度測量2.皮托管測速圖12-25為皮托管結(jié)構(gòu)和工作原理：測量時，將皮托管對準(zhǔn)流體流動方向(如圖示)，就可同時測出流體總壓力和靜壓力，并由導(dǎo)出管分別導(dǎo)出至測壓裝置。流體總壓力與靜壓力的差值與流體流速有關(guān)，因而可以通過用皮托管測出流體差壓的方法來測量流體流速。6.2.2線速度測量6.2.2線速度測量設(shè)流體密度為ρ，流速為v，測出的流體總壓力為Pz，靜壓力為Pj，則根據(jù)流體流動的伯努利方程有：由式可求出流速v：所以用皮托管測出差壓?P就可測出流體流速。皮托管風(fēng)速儀空速管3.空間濾波器測速空間濾波技術(shù)是對物體的移動進(jìn)行非接觸連續(xù)測量以探知其長度、運(yùn)動速度的有效手段之一。

v=f/M

響應(yīng)速度很快，可以用來檢測傳送帶、鋼板、車輛等的運(yùn)動速度，檢測范圍為1.5～250km/h，測量精度可達(dá)0.2%

6.2.2線速度測量4.彈丸飛行速度測量常用時間位移計(jì)算測速法，測量原理如圖12-27所示

v=L/t

6.2.2線速度測量產(chǎn)生測時脈沖信號的區(qū)截裝置：接觸型

非接觸型

6.2.2線速度測量對于大口徑武器，則可以采用光電靶和天幕靶等區(qū)截裝置來測量彈丸速度。6.2.2線速度測量轉(zhuǎn)速的檢測方法很多，按照輸出信號的特點(diǎn)可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。

1.模擬式轉(zhuǎn)速測量儀表

⑴直流測速發(fā)電機(jī)6.2.3轉(zhuǎn)速測量定子產(chǎn)生恒定磁通Φ0，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場中旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組中即產(chǎn)生交變的電勢，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的直流電勢：

當(dāng)Ce、Φ0、r及RL都不變時，輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系。對于不同的負(fù)載電阻RL，輸出電壓不同，負(fù)載電阻越小，輸出電壓也越小。

輸出斜率大、線性好，但由于有電刷和換向器，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不便，摩擦轉(zhuǎn)距大，有換向火花，輸出特性不穩(wěn)定。直流測速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)6.2.3轉(zhuǎn)速測量⑵離心式轉(zhuǎn)速表離心式轉(zhuǎn)速表由轉(zhuǎn)動軸、重錘、彈簧、連桿、套筒以及轉(zhuǎn)速指示機(jī)構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)與工作原理如圖12-34所示測速原理慣性較大，不適合測量快速變化的轉(zhuǎn)速，測量精度也受到多力面的限制，一般在1%~2%。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可靠、耐用、不怕沖擊振動，無需電源就可工作，測量范圍較寬6.2.3轉(zhuǎn)速測量⑶頻閃式轉(zhuǎn)速表頻閃式轉(zhuǎn)速表利用頻閃效應(yīng)原理來測量轉(zhuǎn)速，檢測的原理如圖12-35所示測量方法

①若已知被測轉(zhuǎn)速范圍是n~n′，則先將閃光頻率調(diào)到大于n~n′，然后從高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)標(biāo)記不動時，此時就可以讀出被測實(shí)際轉(zhuǎn)速；

②若無法估計(jì)被測轉(zhuǎn)速時，則調(diào)整閃光頻率，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的圓盤上連續(xù)出現(xiàn)兩次標(biāo)記停留現(xiàn)象時，分別讀出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，然后按下式計(jì)算出真實(shí)被測轉(zhuǎn)速n：6.2.3轉(zhuǎn)速測量2.數(shù)字式轉(zhuǎn)速檢測方法

在指定的時間T內(nèi)，對轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。若在時間T(s)內(nèi)計(jì)數(shù)值為N，轉(zhuǎn)速傳感器每周產(chǎn)生的脈沖數(shù)為Z，則被測轉(zhuǎn)速n為：測量原理測定傳感器脈沖信號頻率f就可求出轉(zhuǎn)速n。

6.2.3轉(zhuǎn)速測量⑴電磁感應(yīng)式6.2.3轉(zhuǎn)速測量

⑵電容式

⑶霍爾式6.2.3轉(zhuǎn)速測量⑷光電式6.2.3轉(zhuǎn)速測量5)計(jì)數(shù)方法根據(jù)式(12-36)

測出的脈沖信號頻率求出待測轉(zhuǎn)速的方法稱為測頻法，比較適合于高轉(zhuǎn)速測量。測頻法有一個字計(jì)數(shù)誤差，在轉(zhuǎn)速較低時會引起較大相對誤差，故在低轉(zhuǎn)速時，脈沖信號的計(jì)數(shù)方法應(yīng)改用測周期法。測周期法的原理見圖(12-40)

轉(zhuǎn)速(r/min)為：6.2.3轉(zhuǎn)速測量6.1位移檢測

6.2速度檢測6.3加速度檢測

加速度是表征物體空間運(yùn)動的一個物理量。加速度的計(jì)量單位為m/s2(米/秒2)。在工程應(yīng)用中常用重力加速度g=9.81m/s2作計(jì)量單位。

加速度測量應(yīng)用很廣泛，如在振動試驗(yàn)、地震監(jiān)測、工程爆破、航天、航空、武器制導(dǎo)、機(jī)械制造以及很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。6.3加速度檢測6.3.1加速度測量原理加速度測量的原理是基于對質(zhì)量塊感受加速度時所產(chǎn)生的慣性力的測量。測量時采用絕對法，把測量裝置安裝在運(yùn)動體上進(jìn)行測量。系統(tǒng)運(yùn)動的微分方程：

有位移關(guān)系x=y+z,若令；則有：

測出位移y，或者測出質(zhì)量塊作用在彈簧上的慣性力就可以測出被測運(yùn)動物體的加速度。6.3.2位移式加速度傳感器1.霍爾加速度傳感器

霍爾式加速度傳感器的測量原理與結(jié)構(gòu)如圖12-42

所示：傳感器固定在被測對象上并與其一起作加速運(yùn)動時，質(zhì)量塊感受到加速度而產(chǎn)生與之成比例的慣性力，使懸臂梁發(fā)生彎曲變形，其自由端的霍爾元件H就產(chǎn)生與加速度成比例的位移，輸出與加速度成比例的霍爾電勢UH，從UH與加速度的關(guān)系曲線上可求得加速度。2.電位器式加速度傳感器

電位器式加速度傳感器的測量原理與結(jié)構(gòu)如圖12-43所示：傳感