自动检测技术课件8.机械量测量.ppt
机械量测量,机械量：长度、位移、速度、转角、转速、力、力矩、振动等,位移测量原理,电容式位移传感器差动变压器偏位式和零位式称重的比较应变片及其电桥电路差动检测结构及其效果,变极距或变面积电容式位移检测,d,d,a,b,b,C,d,C,线性关系灵敏度,差动电容式位移检测,d0+d,C1,C2,d,C1-C2,d0-d,同心圆筒形电容器,位移测量电容式物位计,l,D,d,1,2,极板介质的介电常数,H,h,基于相位检测的电容耦合位移传感器,感应电压的相位是电极排列方向上位移x的函数,激励电压90度相位差,自感式位移传感器,磁阻,：磁导率,电感,自感式差动位移传感器,(a)直线位移传感器(b)旋转位移传感器,涡流式位移传感器,激励线圈,检测线圈,导体,电涡流,x,电涡流的方向：激励线圈所引起的磁束密度增加或减少时，电流方向相反，电流大小：随距离变化-涡流式位移传感器,位移测量；绝缘膜厚度、导体厚度的测量；探伤、探测接缝或材质变化；接近开关。,x,传感器探头,i=f(,x,t),差动变压器-互感式位移传感器,铁芯在中央：e0=0铁芯向上移：e00铁芯向下移：e00,铁芯的正负移动方向e0是交流信号，要经过相位解调，才能得到带正负极性的输出电压，从而判断铁芯的正负移动方向。零点残余电压实际结果与理想结果差距较大,差动变压器接口电路,原则交流变直流残余电压补偿电路差分整流电路二极管相敏检波电路集成芯片：SF5520,AD2S93等,差动变压器应用,多种传感器的基础部件偏位式和零位式称重原理的比较平衡式自动记录仪的意义差动检测结构的重要性金属应变片金属应变片的电桥电路,差动变压器的应用,差压传感器,流量传感器,张力传感器,温度传感器,偏位式和零位式重量传感器,电桥电路中的偏位法和零位法,R1,R3,电桥平衡下：与E无关（零位法）R1发生变化：与E有关（偏位法）,R2,R4,E,V,平衡式自动记录仪,差动检测结构,结构特点:两个空间对称结构；测量参数反对称作用；干扰或影响参数对称作用。处理方法：取两结构差值功能特点：提高灵敏度；消除共模干扰；降低漂移。,金属应变片,(a)电阻丝应变片(b)薄膜电阻应变片,金属应变片结构,应变片的粘贴方法,(a)检测承重力(b)检测转距,，为材料的泊松比,应变量=l/l 金属丝的值为，K值约为2,应变片三种桥路性能比较,在悬臂梁上使用一个应变片：单臂电桥电路使用两个应变片：半桥电路使用四个应变片：全桥电路,上下应变片的阻值变化相反,伸长,振动,输出2,输出1,应变片,收缩,利用应变片的重量传感器,差动结构分析,输出y,传感器1f1,传感器2f2,被检测量u1+u1 y1,u1-u1 y2,干扰量u2+u2,差动信号处理结果,输出1,输出2,输出1输出2,时间,直流成分,直流成分,输出1=信号+直流分+噪声,输出2=信号+直流分+噪声,差动输出=输出1-输出2=2*信号,反射式光纤位移传感器,实验观察：镜面与非镜面输出信号的差别环境光的干扰 线性测量范围 如何保证振动测量的线性动态输出,P,L,2LtanP-2r,r,光栅标尺位移传感器,两光栅相迭，栅距一定光电传感器检测透射光强输出信号为三角波/正弦波？上下栅格相位差1/4栅距鉴相位判断移动方向,磁标尺位移传感器,S S,S S,S S,S S,N N,N N,N N,N N,(n1/4),A,B,位移,输出,B,A,磁极距离约 0.2mm磁标尺总长 3m标准测量不确定度 0.002mm,莫尔条纹标尺,两光栅成微小角度W P/光电传感器检测透射光强莫尔条纹间距放大了光栅间距相对于G1,G2右偏时，若G1向右水平移动，则条文向上移动,激光扫描测长,传感器为点机械扫描,CCD图像传感器测长,传感器为线面电子扫描,速度测量原理,转速码盘：光电耦合器，霍尔元件离心式转速表陀螺角速度测量空间滤波测速多普勒效应测速脉冲飞越时间法测速相关法测速,光电耦合器（PhotoCoupler）,(a)透射型(b)反射型 输出脉冲信号 接近开关;可以输出至反射物体的距离(光反射系数一定的情况下),集电极反相输出,绝对码盘及其编码方式,(a)二进制编码(b)循环编码,光电耦合器检测转速,码盘增量码盘转速,几十kHz绝对码盘转速,转角,转向 三相增量码盘=转速,转角,转向,增量码盘及其改进方法,(a)转角增量码盘(b)A,B,Z三个输出信号的波形 转速、转向、绝对角度,霍尔传感器,+,-,B,B,I,I,-,v,fL,b,d,a,fE,恒定电流条件下，测量磁感应强度B；KHz以下恒定磁场条件下，测量电流I。可达GHza:b=2:1长边方向上电流引线短边方向上霍尔电压引线,霍尔线性集成传感器,应用：检测磁转子的转速,H,D,A,R,V+,GND,O1,O2,N,S,S磁极 0 N磁极,磁场,霍尔输出电压,离心转速测量仪（机械方式）,应用1：转速检测应用2：蒸汽发动机的 自动调速,
