自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)8機械量檢測

第8章機械量檢測自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第二版化學(xué)工業(yè)出版社Contents8.1模擬式位移檢測8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測8.3轉(zhuǎn)速檢測8.4力的檢測8.5加速度與振動檢測8.1模擬式位移檢測（1）電容式位移檢測變極距法：一個電極固定，另一個電極與被測物體相連，位移改變極距，進(jìn)而改變電容。變面積法：改變兩極板之間的面積改變電容8.1模擬式位移檢測（1）電容式位移檢測差動電壓式：在兩個固定極板之間設(shè)置可動極板8.1模擬式位移檢測（1）電容式位移檢測變壓器電橋電路8.1模擬式位移檢測（1）電容式位移檢測先進(jìn)的IC制造技術(shù)可以制作超小型電容式位移傳感器，如圖：基于相位檢測的電容耦合型位移傳感器8.1模擬式位移檢測（2）電感式位移檢測電感式位移傳感器分為自感式和互感式自感式位移傳感器8.1模擬式位移檢測（2）電感式位移檢測差動電感式位移傳感器8.1模擬式位移檢測（3）差動變壓器位移檢測差動變壓器是互感式位移傳感器。變壓器一次線圈和上下對稱的兩個二次線圈之間的互感應(yīng)強度隨鐵心的位置而發(fā)生變化8.1模擬式位移檢測（3）差動變壓器位移檢測差動變壓器是互感式位移傳感器反向連接兩個二次線圈取其差動信號，在鐵心位于中央位置時，差動信號輸出電壓為零8.1模擬式位移檢測（3）差動變壓器位移檢測差動變壓器是互感式位移傳感器當(dāng)鐵心因偏移中央位置時，差動信號的輸出與位移成正比的交流電壓8.1模擬式位移檢測（4）光纖位移位移檢測一種光纖檢測方法：

8.1模擬式位移檢測（4）光纖位移位移檢測一種光纖檢測方法：光源經(jīng)多股發(fā)射光纜傳到被測物體表面，光纖端口處光線呈圓錐狀擴散，照射到物體表面；被測物反射光的一部分再經(jīng)多股接收光纜傳到光敏元件，接收光范圍同樣是圓錐狀，所以照射光圓錐與接收光圓錐相重疊部分的光線強度將被檢測輸出。隨著被測物體的位移變化，重疊部分的光強也發(fā)生變化，根據(jù)光強信號就可以檢測位移。

8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測（1）光柵標(biāo)尺8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測（2）莫爾條紋標(biāo)尺莫爾條紋的原理莫爾條紋標(biāo)尺檢測位移8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測（3）激光掃描測長與圖像檢測激光掃描測長儀8.3轉(zhuǎn)速檢測（1）離心力檢測法質(zhì)量m的重錘旋轉(zhuǎn)時受到mrω2的離心力而遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧力向上拉動套筒，套筒的升降通過齒輪帶動指針轉(zhuǎn)動，可直接讀出轉(zhuǎn)數(shù)。一般應(yīng)使轉(zhuǎn)軸沿垂直方向立起來使用。測量精確度約±１％。8.3轉(zhuǎn)速檢測（2）光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法光電碼盤和透射型光電耦合器結(jié)合，可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行計數(shù)，輸出信號是對應(yīng)于碼盤窗口明暗的脈沖系列。光電耦合器分透射型和反射型8.3轉(zhuǎn)速檢測（2）光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法光電碼盤有分為絕對碼盤和增量光電碼盤兩種絕對碼盤及其編碼方式8.3轉(zhuǎn)速檢測（2）光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法增量碼盤及其改進(jìn)方法8.3轉(zhuǎn)速檢測（3）空間濾波器式檢測法空間濾波器式檢測方法是在硅基板上蝕刻放射狀的光電柵格元件，檢測旋轉(zhuǎn)物體表面不規(guī)則的光反射分布，每間隔一個柵格公用一個電極，兩電極輸出信號的差信號則為一窄頻帶信號，其中心頻率f與旋轉(zhuǎn)角速度ω成比例變化8.4力的檢測方法（1）金屬應(yīng)變元片電阻應(yīng)變片的兩種結(jié)構(gòu)8.4力的檢測方法（1）金屬應(yīng)變元片電阻應(yīng)變片的粘貼方法8.4力的檢測方法（2）半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體具有晶體的各向異性。半導(dǎo)體應(yīng)變片反應(yīng)靈敏，體積小，被廣泛應(yīng)用在壓力傳感器上。缺點是溫度依賴性大，需要溫度補償電路，而且價格比較高。一般n型半導(dǎo)體受壓時，阻值變小，即阻值隨壓力的變化率為負(fù)值；而p型半導(dǎo)體卻為正值。8.4力的檢測方法（3）壓電效應(yīng)有些結(jié)晶材料、陶瓷材料以及高分子材料等在壓力作用下，內(nèi)部分子的極化情況發(fā)生變化，使材料表面帶電荷，稱為壓電效應(yīng)。表面電荷會很快與環(huán)境中的雜散電荷或材料內(nèi)部自由電荷中和，呈電中性，因此壓電效應(yīng)不能用來檢測恒定壓力。因為電荷中和時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在壓力作用下的極化變化時間，所以它可以響應(yīng)動態(tài)壓力，用于加速度與振動檢測中。除了作為傳感器材料外，還可以作為執(zhí)行器材料使用。因為給電極施加電壓時，壓電材料會發(fā)生機械形變。施加交流電壓則產(chǎn)生振動，施加直流電壓則發(fā)生一定位移。8.4力的檢測方法（4）壓敏導(dǎo)電橡膠在橡膠材料里摻入炭粉，當(dāng)炭粉濃度達(dá)到某一極限值以上時，炭粉的顆粒部分發(fā)生接觸，會呈現(xiàn)一定的電阻率。使這種橡膠板變形時，阻抗值將隨變形的強弱而發(fā)生變化。這種壓敏橡膠板被用作觸摸式面板的開關(guān)陣列。8.4力的檢測方法（4）壓敏導(dǎo)電橡膠人工皮膚的4種感壓信號輸出結(jié)構(gòu)8.5加速度與振動檢測（1）加速度檢測原理加速度和力是通過質(zhì)量關(guān)系聯(lián)系在一起的8.5加速度與振動檢測（1）加速度檢測原理彈簧質(zhì)量系的固有角頻率與支點的角振動頻率關(guān)系：8.5加速度與振動檢測（2）動電型振動檢測方法在磁束密度為B的磁場中，長度為l的導(dǎo)體以速度v切割磁力線，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電動勢：

e=Blv利用這一原理檢測振動速度，稱為動電型振動檢測。8.5加速度與振動檢測（2）動電型振動檢測方法動電型振動檢測結(jié)構(gòu)圖1——引線2——重塊3——膜片4——可動線圈5——磁鐵6——外殼

8.5加速度與振動檢測（2）動電型振動檢測方法根據(jù)應(yīng)變片懸臂梁檢測加速度，在重塊的慣性力作用下懸臂梁反復(fù)彎曲，根據(jù)彎曲變形可測得振動加速度和振動頻率。

8.5加速度與振動檢測（3）微機械加速度傳感元件緩沖汽車撞擊傷害力的空氣包里，裝有擴散硅壓阻膜片的加速度傳感器。頂部和底部的玻璃板之間夾著硅基片，硅基片上按一定晶向制成４個擴散壓敏電阻，硅基片下部是按異方向性腐蝕方法切割成中部厚、邊緣薄的杯狀膜片的。中部厚膜相當(dāng)于重塊，在加速度作用下，產(chǎn)生大的慣性力使膜片變形。膜