第二讲 位移传感器.ppt

第二章 位移检测传感器 位移可分为线位移和角位移 电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步式、磁栅式、光电式 位移传感器的分类 电阻、电容、电感式位移传感器的特点 常用的位移传感器 1. 电阻式 包括电位器式和电阻应变式两类。适用于几毫米到几百毫米的位移测量。　　 2.电容式　可用来测量0.1 ～10mm的线位移和1(″)到几十(°)的角位移。 3.电感式　电感式位移传感器分为自感和互感两类。前者可适于测量较大位移(数mm到数百mm)，。互感式 (±0.1～±200mm)，电涡流式位移传感器，可以测量小到微米级，大到几百毫米的位移。　　 电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线，按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力，以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金（铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为陶瓷酚醛树脂等。 大位移检测传感器 一、光栅位移传感器 二、感应同步器 三、磁栅位移传感器 2、工作原理 莫尔条纹具有如下特点： 1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B 2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距B与两光栅条纹夹角之间关系为 3.莫尔条纹具有平均光栅误差的作用。 通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，如图所示。 将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。 1.感应同步器结构 包括定尺和滑尺，用制造印刷线路板的腐蚀方法在定尺和滑尺上制成节距T(一般为2mm)的方齿形线圈。定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙（0.05~0.2mm）。 2.感应同步器的工作原理 在滑尺的绕组中，施加频率为f（一般为2~10kHz）的交变电流时，定尺绕组感应出频率为f的感应电动势。感应电动势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。 设正弦绕组供电电压为Us，余弦绕组供电电压为Uc，移动距离为x，节距为T，则正弦绕组单独供电时，在定尺上感应电势为 余弦绕组单独供电所产生的感应电势为 3. 测量方法 根据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量方式有鉴相式和鉴幅式两种工作法。 (1)鉴相式工作法 滑尺的两个励磁绕组分别施加相同频率和相同幅值，但相位相差90o的两个电压，设 1.磁栅式位移传感器的结构 2.原理： 在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为拾磁绕组，将高频励磁电流通入励磁绕组时，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中感应电压为： 3.测量方式 (1)鉴幅测量方式 如前所述，磁头有两组信号输出，将高频载波滤掉后则得到相位差为π/2的两组信号 两组磁头相对于磁尺每移动一个节距发出一个正（余）弦信号，经信号处理后可进行位置检测。这种方法的检测线路比较简单，但分辨率受到录磁节距λ的限制，若要提高分辨率就必须采用较复杂的信频电路，所以不常采用。 2.鉴相测量方式 将一组磁头的励磁信号移相90°，则得到输出电压为 在求和电路中相加，则得到磁头总输出电压为 角位移检测传感器 一、旋转变压器 二、光电编码器 1. 结构如图所示 旋转变压器一般做 成两极电机的形式。 在定子上有激磁绕组 和辅助绕组，它们的 轴线相互成90°。在 转子上有两个输出绕组 ——正弦输出绕组和余弦输出绕组，这两个绕组的轴线也互成90°，一般将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接。 2. 原理 旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机相似，由定子和转子组成。当以一定频率（频率通常为400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等几种）的激磁电压加于定子绕组时，转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或在一定转角范围内与转角成正比关系。前一种旋转变压器称为正余弦旋转变压器，适用于大角位移的绝对测量；后一种称为线性旋转变压器，适用于小角位移的相对测量。 3. 测量方式 当定子绕组中分别通以幅值和频率相同、相位相差为90°的交变激磁电压时，便可在转子绕组中得到感应电势U3，根