位移传感器ppt课件.ppt

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1、位移检测位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量。位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。一、长度及线位移检测1、电感式位移传感器W---线圈匝数Rm---磁路总磁阻li---各段导磁体的长度ui---各段导磁体的磁导率Ai---各段导

2、磁体的截面积一、长度及线位移检测(1)变气隙式电感位移传感器—基本形式思考：灵敏度？线性度？线圈铁芯衔铁改进方法？差动式(2)变面积式(3)螺管式一、长度及线位移检测(2)变面积式(3)螺管式蔡萍教材P40图3-5一、长度及线位移检测电感位移传感器意大利Marposs:一、长度及线位移检测电感位移传感器中国中原量仪:一、长度及线位移检测2、光栅位移传感器（Grating）一、长度及线位移检测(1)光栅传感器原理(莫尔条纹)构成：叠合主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动条纹宽度：W-栅距，a-线宽

3、，b-缝宽W=a+b，a=b=W/2主光栅---标尺光栅，定光栅；指示光栅---动光栅一、长度及线位移检测莫尔条纹特性：方向性：垂直于角平分线→与光栅移动方向垂直同步性：光栅移动一个栅距→莫尔条纹移动一个间距放大性：夹角θ很小→B>>W→光学放大→提高灵敏度准确性：误差平均效应→克服个别/局部误差→提高精度一、长度及线位移检测(2)光栅传感器特点①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″②量程大：透射式---光栅尺长（<1米），反射式--->几十米③响应快：可用于动态测量④增量式：

4、增量码测量→计数断电→数据消失⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度⑥成本高：电路复杂一、长度及线位移检测(3)光栅传感器结构1–主光栅尺（定光栅）2–指示光栅（动光栅）3–光电元件4–透镜5–光源透射式结构：反射式结构：光源→指示光栅→透射→主光栅→光电元件光源→主光栅→反射→指示光栅→光电元件一、长度及线位移检测(4)代表性产品：德国Heidenhain（海德汉）：封闭式：量程3000mm，分辨力0.1m开放式：量程1440mm，分辨力0.01m开放式：量程270mm分辨力1

5、nm一、长度及线位移检测英国Renishaw（雷尼绍）：量程：任意分辨力：0.1m0.01m中国长春光机所：量程：1000mm分辨力：0.01m精度：2m一、长度及线位移检测2、光学干涉（Interference）干涉原理（单频干涉）：两束同频光束在空间相遇会发生干涉条纹，其亮暗程度取决于两束光间的相位差Δφ亮条：暗条：Δφ=2kπ,k=0,1,l,2,…相消干涉Δφ=2kπ,k=0,1,l,2,…相长干涉一、长度及线位移检测结构：实现要点:（1）单一光源光源观察屏、光电接收固定反射镜被测物体

6、半透半反镜（4）分光镜（半透半反）（5）固定参考反射镜（2）被测物体（3）光电接收一、长度及线位移检测双频激光干涉位移传感器测量原理：激光器发出一束激光，含有两束偏振光：左旋光，频率f1右旋光，频率f2，振幅相同，频率相差约2MHz。激光束分光器参考光束测量光束光电检测λ/4波片渥氏棱镜f2→光电检测f1→角锥棱镜参考信号测量信号f2-f1±Δff1±Δf1f2-(f1±Δf)一、长度及线位移检测激光干涉位移传感器HP5528ALaserinterferometer：量程：100m分辨力：0.01m

7、二、角度及角位移检测1、绝对码光电编码器原理：平行光源→码盘→光电元件→电信号输出码盘：光学玻璃，透光/不透光→照相腐蚀要求：分度准确（工艺）、阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）光源：LED→光学系统→平行光→投影精确光电元件：硅光电池，光电晶体管滞后→响应速度码道：位数→每个码道对应一个光电元件→分辨率角度分辨率：α=360º/2nn-码道数（位数）组成：光源、码盘、光电元件增加码道、增大码盘尺寸→有限提高精度光学细分→附加码道二、角度及角位移检测测量电路：编码码制：十进制码---0123456789二

8、进制码---00000001001000110100格雷码---循环码：相邻两数只有一位不同每次只有一位变化→转换放大→足够电平，驱动整形→接近理想方波细分→提高分辨率（光学+电路）多位码同时动作→同步误差→错码读数直观，不易电路处理直观，易于后续电路和计算机处理4位绝对码光电编码器码制二、角度及角位移检测特点：摩擦轮编码器小范围绝对位置测量---角度、直线位置小范围位移、速度检测结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，应用：例：直线→旋转<360º直接数