工件位置检测方法
02010220 苏冠明工件位置的测定分为接触性和非接触性的测量方法两种。老师所要求的是非接触式的检测位置。非接触式传感器电感式传感器中的电涡流式传感器，磁电式传感器中的磁阻式传感器、霍尔式传感器、感应同步器，光电式传感器，特殊传感器中的微波传感器均为非接触式传感器。
各个非接触式传感器具体为
一电涡流式传感器
根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中，在磁场中作切割磁力运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此现象叫电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表而温度、速度、应力及材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高和频率响应宽等特点，应用极其广泛。
如图所示为电涡流式转速传感器工作原理图。在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面4I处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。当被测旋转轴转动时，输出轴的距离发生(吨tAd)的变化。由于电涡流效应，这种变化将导致振荡回路的品质因数变化，使传感器线圈电感随AJ的变化也发生变化，它将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。出此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出脉冲频率信号，该信号经电路处理便可得到被测转速。
这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在旋转轴附近长期对被测转速进行监视。最高测量转速可达600 000r／min。
二霍尔式传感器
霍尔式传感器也是一种磁电式传感器，它是利用霍尔元件基于霍尔效府原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、休积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000：1)以及寿命长等特点，因此获得了广泛应用。
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
公式
跟据公式，霍尔元件可用于三种测量方法，其中非接触式的为： (1)保持霍尔元件感受的磁感强度不变，利用Uh与I成止比的关系，可用于直接测量电流和能转换为电流的物理量，如电压等。
(2)当霍尔元件的控制电流和磁感比强度均发生变化时，利用uH与IB成正比的关系，可构成乘法器和功率计等，进行乘法运算或功率测量。下面以霍尔单相交流功率计为例进行说明。
通过测量电路测出霍尔元件输出的平均霍尔电压uh，即可求出负载ZL
的有功功率P。
三感应同步器
感应同步器由两个平面印刷电路绕组构成，类似于变压器的初、次级绕组，故又称平面变压器。感应同步器通过位移引起两个绕组间的互感量变化来进行位移测量。按照测量位移对象的不同，感应同步器可分为直线型感应同步器和圆盘型感应同步器两大类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。由于此类传感器成本低，受环境温度影响小，测量精度高，且为非接触式测量，所以在位移检测中得到广泛应用。
直线型感应同步器的结构及定尺和滑尺的绕组示意图如图所示。它出定尺和滑尺两部分组成，长尺为定尺，短尺为滑尺。感应同步器的定尺被安装在固定部件亡(如机床的台座)，而滑尺则与运动部件或被定位装置(如机床刀架)一起沿定尺移动。
其制造工艺是先在基板(玻璃或金属)上涂上一层绝缘粘合材料，将铜箔粘牢，用制造印刷线路板的腐蚀方法制成节距为T(一般为2mm)的方齿形线圈。直线型感应同步器的定尺绕组是连续的。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，其间保持一定向隙(0.05-0.2mm)。
在滑尺的正弦绕组中，施加频率为f(一般为2一l0k比)的交变电流时，定尺绕组感应出频率为f的感应电势。感应电势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。当两绕组同向对齐时，滑尺绕组磁通全部交链于定尺绕组，所以其感应电势为正向最大。移动1／4节距后，两绕组磁通不变链，即交链磁通量为零；再移动1／4节距后，两绕组反向时，感应电势负向最大。依此类推，每移动一节距，其感应电势随位置按余弦规律周期性的重复变化一次。
同样，在滑尺的余弦绕组中，施加频率为f的交变电流时，定尺绕组上也感应出频率为f的感应电势。其感应电势随位置按正弦规律变化，如图所示。
根据感应同步器的工作原理知道，感应同步器的输出信号是—个能反映定尺和滑尺相对位移的交变电动势，因而对输出信号的处理，可归结为对交变电动势的检测和处理。
四光电式传感器和五微波传感器
根据老师要求，我选择霍尔原件进行位置测量：
在传感器设计时，可以采用如图1所示的方式，此时，霍尔元件与永久磁铁作成一体，当传感器与被测物体间的距离L发生变化时，传感器与被测物体间的磁阻发生变化，引起永久磁铁与被测物体间的磁场分布也随之发生变化，此时，霍尔检铡物体图1 位移传感器结构图元件处的磁场也必然发生变化，霍尔元件即有电压信号输出． -霍尔元件采用UGN 3501 T集成霍尔元件，主要考虑到如下因素．a．可以保证很高的空间分辨率．其敏感面积为0．1 mm×0．1 mm，相当于检测磁场中的一个点，对提高检测位移的精度十分有利．b．灵敏度可达7 V／T；而单片霍尔元件中灵敏度较好的HZ-I仅有240 mV／T (对应于20mA 控制电流)，从而可以减少为放大信号所为4．44mm ×4．52mmX 2．0mm．采用塑胶封装，且体积较小，便于在传感器中安装，可以把传感器的体积做得很小．d．属于三端子器件，引线合理，便于焊接．
实验表明：霍尔元件与永久磁铁间的距离对该传感器的灵敏度、线性度与量程都有很大影响，若霍尔元件与磁铁距离很近，则该处的磁场强度很大，霍尔元件很容易饱和，传感器的线性度差，量程小一若霍尔元件与永久磁铁距离太远，则磁场很弱，霍尔元件感应不到磁场，灵敏度降低．因此必须在传感器设计中要确定最佳的 值．由上述分析可知，该传感器适用于被测物体是铁磁构件（能够改变磁力线分布的物体)间的位移的测量．图2给出了当材料磁化到饱和与非饱和状态的测量曲线，由于磁场分布受材料特性影响很大，当材料磁化到饱和状态时，测量曲线较为平直；当材料未磁化到饱和状态时，测量曲线波动较大；在饱和磁化区与未饱和磁化区之间，测量曲线呈上升趋势，所以为保证测量精度，被测物体局部应该磁化到饱和状态．图3给出了传感器输出曲线，实验研究与理论计算表明，该传感器在0～3 mm范围内有较好的线性度，灵敏度可以达到0．01 mm．
采用上述设计的传感器可以实现非接触的位移测量，若成对布置传感器，如图4
所示，可实现钢管、钢棒、钢丝绳等细长导磁构件直径的非接触的动态连续测量，由图4可知，被测物体的直径
D=321s s s --与其他方法相比，采用该方法测量的显着优点是不受被测构件表面油泥等非导磁污物的影响，传感器的抗干扰性能好与抗冲击能力强，结构简单．结果表明：考虑到偏心等其他干扰因素的影响，采用传感器设计的钢丝绳直径检测仅对钢丝绳的动态测量精度可以达到0．3 mm ．