位移速度加速度测量

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1、学习要求1.了解常用的位移、速度、加速度测量方法及其分类；2.熟悉常用的位移、速度、加速度测量用传感器原理；3.掌握位移、速度、加速度测量系统的组建方法及相关注意事项；4.了解位移、速度、加速度测量系统的标定方法。10/7/2021位移是一种常见的运动量，是线位移和角位移的总称。位移是向量。14.1位移测量10/7/2021按位移测量原理来分有：①机械式位移测量法如浮子式油量表、水箱液位计等都是利用浮子来感受液面的位移，达到指示油量的大小和水位的高低。特点：机械惯性大，动态特性较差，不能远距离传送。10/7/2021②电气式位移测量法位移量通过位移传感器转换为

2、电量，再经相应的测试电路处理后，传递到显示或记录装置。特点：动态范围大，接触式测量时，传感器对被测对象有一定影响。火炮自动机位移测量仪10/7/2021③光电式位移测量法将机械位移量通过光电式位移传感器转换为电量再进行测量的方法。特点：应用于需进行非接触测量的场合，对被测对象无不良影响，具有较高的频响精度。10/7/2021位移传感器信号调理电路记录仪器电感式位移测量系统电容式位移测量系统光电式位移测量系统位移测量系统组成10/7/2021测量原理:电感式位移测量系统是变磁阻类测量装置。电感线圈中输入的是交流电流，当被测位移量引起铁芯与衔铁之间的磁阻变化时，线

3、圈中的自感系数L或互感系数M产生变化。14.1.1电感式位移测量系统10/7/2021电感式传感器的几个特点：①结构简单，工作中没有活动电接触点，因而，比电位器工作可靠，寿命长。②灵敏度高，分辨率高，能测出0.1μm甚至更小的机械位移变化，能感受小至的微小角度变化。传感器的输出信号强。③电压灵敏度高，有利于信号的传输与放大。④重复性好，线性度优良，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定。10/7/2021。自感式传感器（电感式）互感式传感器（差动变压器式）变磁阻式传感器变压器式传感器涡流式传感器电感式传感器可分为两大类：根据工作原理亦可分为：10/

4、7/20211单磁路自感式电感传感器1)工作原理由衔铁、铁芯和线圈三部分组成，衔铁和铁芯之间有空隙，传感器的运动部分与衔铁相连，当传感器测量物理量时，衔铁运动部分产生位移，导致气隙厚度δ变化，从而使线圈的电感值发生变化。14.1.1.1变磁阻式电感传感器10/7/2021当线圈中有电流通过时，线圈中就会产生磁通，若电流随时间变化，则磁通亦随时间变化，有：线圈的自感系数：在线圈中，磁通Φ与电流I的关系：常数磁通线圈匝数10/7/2021即：Ψ——磁链线圈中电感L等于单位电流所产生的磁链，磁通Φ取决于磁路中磁阻RM及磁动势WI，即，代入L中线圈电感值计算：式中W—

5、—线圈的匝数；Rm——磁路的总磁阻。总磁阻10/7/2021若气隙厚度δ较小，可认为空气隙磁场是均匀的，忽略磁路铁损，则总磁阻为磁路中铁芯，空气隙和衔铁的磁阻之和，式中——磁通通过铁芯的长度；——铁芯横截面积；——铁芯在磁感应值为时的磁导率；——衔铁横截面积；——衔铁在磁感应值为时的磁导率；磁导率导磁率H/m10/7/2021——空气隙长度；——空气隙横截面积；——空气的磁导率；有：因为铁芯和衔铁为导磁性材料，其磁阻与空气隙磁阻相比很小，计算时可忽略不计，有：线圈匝数W确定后，只要空气隙长度δ和空气隙截面二者之一发生变化，传感器的电感量都会发生变化。10/7/

6、2021变气隙厚度δ的电感式传感器变气隙面积S的电感式传感器变磁导率μ的电感式传感器变磁阻式传感器的类型：可变导磁面积型10/7/2021假设初始气隙为δ0，则初始电感为当，电感量为：L与δ的关系为双曲线2）特性分析10/7/2021电感的变化量ΔL为有：当《1时，可将上式展开成级数10/7/2021当电感变化量为有可见，不若考虑包括2次项以上的高次项，则与成比例关系，因此，高次项的存在是造成非线性的主要原因。但当空气隙相对变化越小时，高次项将迅速减小，非线性可以得到改善。然而，这导致传感器的测量范围（即衔铁的允许工作位移）变小.一般对于变气隙式电感传感器，取

7、=0.1～0.2。10/7/2021由两只完全对称的单磁路自感电感传感器合用一个活动衔铁组成。其结构特点是上下两个导磁体的几何尺寸完全相同，材料相同，上下两只线圈的电气参数也完全一致。（b）螺管型（a）E型2自感式差动电感传感器1）结构特点10/7/2021上图为差动电感传感器电桥接线图。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻两臂，另外两个桥臂由电阻组成。10/7/2021在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边的空隙相等，因此，两只电感线圈的电感量在理论上相等，电桥的输出电压，电桥处于平衡状态。当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时，造成两边气隙不一样，使两只电感线

8、圈的电感量一增一减，电桥就不平衡。电桥