第七章机械位移测量详解.ppt

透射式光栅 莫尔条纹的特点 光电元件输出电信号与位移的关系: 三、辨向电路与信号细分 ★ 单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信号，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，因而就不能判别运动零件的运动方向，以致不能正确测量位移。 ★ 为什么细分? 提高分辨力。尽管光栅尺的刻线密度可以很高，但在高精度测量中需要测量比栅距d更小的位移。 （1） 直接细分 ★直接细分又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期内将产生4个计数脉冲，实现了四细分。 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 光栅在机床上的安装位置（2个自由度） 光栅在机床上的安装位置（3个自由度） 安装有直线光栅的数控机床加工实况 2自由度光栅数显表 3自由度光栅数显表 光栅数显表（续） 三座标数显表 青岛大学机电工程学院 第七章 机械位移测量 第七章 机械位移测量 ★ 电位器式传感器 适用于较大范围位移的测量，精度不高 ★ 电容式位移传感器 差动电感式位移传感器 电阻应变式位移传感器 一般用于小位移的测量(几微米～几毫米） ★差动变压器式传感器 用于中等位移的测量（几毫米～100mm左右），在工业测量应用的最多。 ★光栅 磁栅 感应同步器和激光位移传感器 用于位移的精密测量，测量精度高（可达±μm），量程可达几米。 本章学习要求 了解各种机械位移传感器的原理、性能指标、测量系统构成 位移是向量 机械位移 包括线位移和角位移 第一节 常见位移传感器 第二节 电阻应变式位移传感器 特点：线性好、分辨率高、结构简单和使用方便等。 测量范围：0.1μm～0.1mm 测量精度：＜ 2％ 线性度： 0.1%～0.5% 应变片式位移传感器原理： 测量头 悬臂梁 弹簧 外壳 测量杆 调整螺母 应变片 1）拉伸弹簧和悬臂梁串联作为弹性元件。 2）矩形截面悬臂梁根部正反两面贴4片应变片。 3）拉伸弹簧一端与测量杆连接。测量杆随试件位移→弹簧使悬臂梁根部弯曲→应变片阻值变化。 悬臂梁式位移传感器： 引出线插头 应变片 外壳 等宽悬臂梁 调整螺钉 顶杆 弹簧 应变式角位移传感器： 第五节 电容式位移传感器 第三节 电感式位移传感器 第四节 电涡流式位移传感器 第六节 光栅位移测量系统 光栅传感器是一种把位移转化为数字量输出的数字式传感器。主要特点是精度高、动态特性好和测量范围大。 光栅副：指示光栅＋主光栅 d 一、 光栅的结构和分类 a+b=d称为光栅的栅距（或光栅常数）通常情况下，a=b=d/2 a b 3）按物理原理和刻线形状不同，可分为黑白光栅(或称幅值光栅)和闪耀光栅(或称相位光栅) 光栅有多种，有不同的分类方法： 1）按用途和形状可分为测量线位移的直线光栅和测量角位移的圆盘形光栅 2）按光路系统不同可分为透射式光栅和反射式光栅两类。 光栅传感器组成：由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成。 特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。 光源 准直透镜 主光栅 指示光栅 光电元件 该光路适用于黑白反射光栅。 反射式光栅 反射主光栅 指示光栅 场镜 反射镜 聚光镜 光源 物镜 光电电池  尺身 尺身安装孔 反射式扫描头 （与移动部件固定） 扫描头安装孔 可移动电缆 光栅的外形及结构 防尘保护罩的内部为长光栅 扫描头（与移动部件固定） 光栅尺 可移动电缆 光栅的外形及结构 二、 莫尔条纹 B d 指示光栅——比较短，由高质量的光学玻璃制成。 主光栅（标尺光栅）——长度决定量程大小，由透明材料（对于透射式光栅）或高反射率的金属或镀有金属层的玻璃（对于反射式光栅）制成。 刻线密度——由测量精度来确定，闪耀式光栅为100～2800条/mm，黑白光栅为25、50、100、250条/mm。 K为莫尔条纹的放大系数 1) 调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，提高了测量精度。 2) 莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提高测量精度或可以采用较粗的光栅。 3) 莫尔条纹对光栅刻线的误差起到了平均作用。刻线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。 U0 Uav Um 光电池阵列 直流分量 信号变化的幅值 指示光栅的位移 1、辨向电路 ★ 辨向是以两路相位互差900的正弦信号为基础。 ★ 如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正