光栅传感器位移测量的硬件设计
摘要：光栅作为精密测量的一种工具，由于他本身具有的优点，已在精密仪器、坐标测量、精确定位、高精度精密加工等领域得到了广泛的应用。光栅测量技术是以光栅相对移动所形成的莫尔条纹信号为基础的，对此信号进行一系列的处理，即可获得光栅相对移动的位移量。将光栅位移传感器与微电子技术相结合，进行线性位移量的测量，以实现较高的测量精度。本文采用光栅作为传感元件，经接收元件后变为周期性变化的电信号（近似正弦信号），采用逻辑辨向电路区别位移的正反向，利用单片机进行数据处理并显示结果。
本文主要阐述其硬件电路的设计与组成。主要包括光栅位移传感器，信号变换电路，细分与辨向电路及LED显示。
关键字：光栅位移传感器，细分，辨向
1.硬件原理图
本设计光栅传感器位移测量系统主要由单片机89C51、计数器8253、细分与辨向电路、信号变换电路和光栅位移传感器组成。如图1所示。
1．1光栅位移传感器
光栅位移传感器包括以下几部分：光栅；光栅光学组成。光栅光学系统的作用是形成莫尔条纹；光电接受系统。光电接受系统是由光敏元件组成，他将莫尔条纹的光学信号转换成电信号，本系统采用的光敏元件是4个硅光电池。
由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅，如图2所示
图2 光栅
用玻璃制成的光栅称为透射光栅，它是在透明玻璃上刻出大量等宽等间距的平行刻痕，每条刻痕处是不透光的，而两刻痕之间是透光的。
光栅的刻痕密度一般为每厘米10、25、50、100线。刻痕之间的距离为栅距W
如果把两块栅距W相等的光栅面平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时
光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹。如图3所示。
图3 莫尔条纹
莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，它由一系列四棱形图案组成，如图3中d －d 线区所示。
图3中f －f 线区则是由于光栅的遮光效应形成的。
莫尔条纹有两个重要的特性：
(1) 当指示光栅不动，主光栅左右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下 移动。 查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右移动方向。
(2) 莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W 时，莫尔条纹移动一个条纹间距B 。
当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一个栅距W ，莫尔条纹移动KW 距离，K 为莫尔条纹的放大系数：
条纹间距与栅距的关系为 ：
当θ角较小时，例如θ=30′，则K =115
，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样，可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动，可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移。可以实现高灵敏的位移测量。
如图4所示，光栅位移传感器由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成。 θ1/≈=W B K θW
B =
图4 光栅位移传感器
主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。如图5，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点。由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π。由图5可得光电信号为
u0=U平均+Umsin(π/2+2πX/W)
式中u0—光电元件输出的电压信号；
U平均—输出信号的直流分量；
Um—输出信号中正弦交流分量的幅值。
从公式中可见，当光栅位移一个节距W，波形变化一周。这时相应条纹移动一个条纹宽度B。因此，只要记录波形变化周期数即条纹移动数N，就可知道光栅的位移X即X=NW
图5 光栅输出信号波形图
1．2信号变换电路
信号变换就是将由光敏元件输出的正弦电信号转换成方波信号。本文中采用的比较器LM339，来自光栅的莫尔条纹照到光敏元件硅光电池上，他们所输出的电信号加到LM339的2个比较器的正输入端上，而在这2个比较器的负输入端分别预制一定的参考电压，该参考电压应使光栅输出的方波的高、低电平宽度一样。
1．3细分与辨向电路
1．3．1细分电路
细分技术随着对测量精度要求的提高，以栅距为单位已不能满足要求，需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分。所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内，发出若干个脉冲，以减少脉冲当量。如一个周期内发出n个脉冲，则可使测量精度提高n倍，而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了 n倍，因此也称n倍频。通常用的有两种细分方法：其一、直接细分。在相差1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件，可得到两个相位差90o的电信号，用反相器反相后就得到四个依次相差90o的交流信号。同样，在两莫尔条纹间放置四个依次相距1/4条纹间距的光电元件，也可获得四个相位差90o的交流信号，实现四倍频细分。本设计为记录光栅上移过的条纹数目和判断光栅的移动率等，传感器中采用4极硅光电池来接收莫尔条纹信号。调整莫尔条纹的宽度B，使它正好与4个硅光电池的宽度相同。则可直接获得在相位上依次相差90°的4路信号，即进行4倍细分。如6图所示。
图6 细分原理图
其二、电路细分。电路细分有很多种方法，图3是最基本的一种二倍频细分电路（4）。
1．3．2辨向电路
位移除了有大小的属性外，还具有方向的属性。为了辨别标尺光栅位移的方向，仅靠一个光敏元件输出一个信号是不行的。必须有2个以上的信号根据他们的相位不同来判断位移方向。为了辨向，需要有π/2相位差的两个莫尔条纹信号。如图7，在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件，得到两个相位差π/2的电信号u01和u02，经过整形后得到两
个方波信号u01’和u02’。光栅正向移动时u01超前u02 90度，反向移动时u02超前u01 90度，故通过电路辨相可确定光栅运动方向。
图7 相位差π/2输出信号波形图
本设计采用的是4个硅光电池来接收莫尔条纹信号，则输出的4路信号在相位上依次相差90°，利用这种特点设计的辨向电路的如图8所示。图中u1，u2和u3，u4分别通过相同的电路实现对位移方向的区别。当莫尔条纹上移时（假设经过硅光电池的前2个，此时u1，u2有信号，u3，u4无信号），则图中A点有计数脉冲，B点为恒定电平；当莫尔条纹下移时（假设经过硅光电池的前2个，此时u1，u2有信号，u3，u4无信号），则图中B点有计数脉冲，A点为恒定电平。用2个不同计数器分别记录上移和下移所形成的脉冲数，即可实现辨向。
图8 辨向电路原理图
1．4LED显示
本文采用动态4位显示。第1位为符号为，莫尔条纹上移为正，下移为负；第2，3位为整数位；第4位为小数位。将所有的段选线并联在一起，由单片机的P1口控制，而共阴极公共端分别由P3．0，P3．1，P3．2，P3．3控制，实现各位分时选通。
2结语
本文中，设计的硬件采用比较器LM339把光敏器件输出信号转换成方波信号，采用逻辑辨向电路，对光栅的正向、反向移动做准确的判断；采用8253的2个计数器分别对正反两路信号进行计数，然后，用89C51进行数据处理，送到显示器显示。硬件结构简单、成本低、工作可靠、精度比较高。
参考文献
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［2］李殿奎．光栅计量技术［M］．北京：中国计量出版社，1987．
［3］李怀琼，陈钱．新型光栅信号数字细分技术及其误差分析［J］．电子测量与仪器学报，2001，15（3）．
［4］余永权．ATMLE89系列单片机应用技术［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
位移测量实验报告 专业班级姓名实验仪器编号实验日期 一、实验目得 掌握常用得位移传感器得测量原理、特点及使用,并进行静态标定。 二、实验仪器 CSY10B型传感器系统实验仪。 三、实验内容 (一)电涡流传感器测位移实验· 1、测量原理 扁平线圈中通以交变电流,与其平行得金属片中产生电涡流。电涡流得大小影响线圈得阻抗Z。Z = f(ρ,μ,ω,x)。 不同得金属材料有不同得ρ、μ,线圈接入相应得电路中,用铁、铝两种不同得金属材料片分别标定出测量电路得输出电压U与距离x得关系曲线。 2、测试系统组建 电涡流线圈、电涡流变换器(包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路)、测微头、电压表、金属片。 3、试验步骤 4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线,确定量程,非线性误差,在测量范围内计算灵敏度,进行误差分析。
(二)光纤传感器测位移实验 1、测量原理 反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。 反射式位移传感器原理 当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体,被反射得光经接收光纤至光电元件。经光电元件转换为电信号。经相应得测量电路测出照射至光电元件得光强得变化。 2、组建测试系统 光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。 3、实验步骤 4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线,确定量程,非线性误差,在测量范围内计算灵敏度,进行误差分析。 (三)电容式传感器测位移实验 1、测量原理
电容式传感器就是将被测物理量转换成电容量得变化来实现测量得。本实验采用得电容式传感器为二组固定极片与一组动极片组成二个差动变化得变面积型平行极板电容式传感器。。 电容式位移传感器测量系统方框图: 2、组建测试系统 需用器件与单元:机头中得振动台、测微头、电容传感器;显示面板中得电压表;调理电路面板传感器输出单元中得电容;调理电路单元中得电容变换器(包括了振荡电路、测量电路与低通滤波电路在内)、差动放大器。 3、实验步骤 1)、接线。调节测微头得微分筒使测微头得测杆端部与振动台吸合,再逆时针调节测微头得微分筒(振动台带动电容传感器得动片阻上升),直到电容传感器得动片组与静片组上沿基本平齐为止(测微头得读数大约为20mm左右)作为位移得起始点。 2)、检查接线无误后,合上主、副电源开关,读取电压表显示值为起始点得电压,填入下表中。 3)、仔细、缓慢地顺时针调节测微头得微分筒一圈△X=0、5mm电压表上读出相应得电压值,填入下表中,以后,每调节测微头得微分筒一圈△X=0、5mm读出相应得输出电压直到电容传感器得动片X(mm) U(V) X(mm) U(V) 4、数据分析与讨论 根据表得数据作出△X—U实验曲线,在实验曲线上截取线性比较好得线段作为测量范围并在测量范围内计算灵敏度S=△U／△X与线性度。实验完毕,关闭所有电源开关。 (四)霍尔片测位移实验(选做) 1、基本原理 如图,把一块宽为b,厚为d得P型半导体薄片垂直放在磁感应强度为B得磁场中,并纵向通以电流I ,此时在板得横向两侧面,之间就呈现出一定得电势差,这一现象称为霍尔效应。
加速度传感器测振动速度与位移方案 1. 测量方法（基本原理） 设加速度传感器测量振动所得的加速度为：()a t （单位：m/s 2） 对加速度积分一次可得速率： 1 1()()[ ]2N i i i a a v t a t dt t -=+==?∑? (单位：m/s) 对速率信号积分一次可得位移：1 1 ()()[ ]2 N i i i v v s t v t dt t -=+==?∑? (单位：m) 其中： ()a t 为连续时域加速度波形 ()v t 为连续时域速率波形 ()s t 为连续位移波形 i a 为i 时刻的加速度采样值 i v 为i 时刻的速率值 0a =0；0v =0 t ?为两次采样之间的时间差 2. 主要误差分析 误差主要存在以下几个方面： 1）零点漂移所带来的积分误差 由于加速度传感器的输出存在固定的零点漂移。即当加速度为0g 时传感器输出并不一定为0，而是一个非零输出error A 。传感器的输出值为：()a t +error A 。对error A 二次积分会产生积分累计效应。 2）积分的初始值所带来的积分误差 0a 和0v 的值并不为零，同样会产生积分累计效应。 3）高频噪声信号所带来的误差 高频噪声信号会对瞬时位移值测量精度带来影响，但积分值能相互抵销而不会带来累计。 3. 解决办法 1）零点漂移和积分初始值不为零可以加高通滤波器的方法滤除。
2）高频噪声信号的影响并不大，为了达到更高的精度，可以加一个低通滤波器。 选择高通滤波器和低通滤波器合理的截至频率，可以得到较理想的结果。 （注：高通滤波即去除直流分量；低通滤波即平滑滤波算法）。 4. 仿真研究 4.1 问题的前提背景 1.本课题研究的对象是桥梁振动的加速度()a t ，速度()v t 和位移()s t ，可以认为桥梁的加速度，速度，位移的总和为0。 即：0()0a t dt ∞ =? 0()0v t dt ∞ =? ()0s t dt ∞ =? 其离散表达式为：00()N i i a N ===∞∑ 0()N i i v N ===∞∑ 0()N i i s N ===∞∑ 2.加速度传感器测量值存在误差，它主要是在零点漂移和测量噪声两个方面。 即测量值()()()measure error a t a t a t =+ 其中：()measure a t 为加速度传感器测量加速度值 ()a t 为桥梁振动的实际加速度值 ()error a t 为传感器测量误差 3.振动速度与振动位移取决于振动加速度与振动频率，可以证明，振动速度与振动加速度成正比，与振动频率成反比；振动位移与振动速度成正比，与振动频率成反比。 4.2 仿真 1.取一组仿真用振动加速度信号：()9.8sin(240)3measure a t t π=??+，如图1所示。 其中：()measure a t 代表加速度传感器测量值
六、实验的原理及预期结果 （一）实验原理6.1.1 概述 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 6.1.2 原理[8] 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”源出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为幅射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线 即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，b =称为光栅 a W+ 栅距。如图6.1所示
图6.1 光栅栅距 目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。如图1.2，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移X 的函数。每当X 变化一个光栅栅距W ，信号就变化一个周期，信号由b 点变化到b '点。由于W bb '=，故b '点的状态与b 点状态完全一样，只是在相位上增加了π2。由图6.2可得光电信号为： ()022u U X W ππ=+m 平均+U sin
西南科技大学城市学院 City College of Southwest University Of Science and Technology 目录
一.为什么选择这篇论文 二．单片机LVDT位移测量传感器摘要 1.总体方案设计 2.传感器的工作原理 3. 设计总结 4．位移传感器的优点 三．心得体会 四．该论文的优缺点 1.论文的优点 2.论文的缺点
一．为什么选择这篇论文 原本想找一篇关于纺织机（即电脑横机）上的传感器来写实训报告的，结果度娘告诉我纺织机上面的传感器太多了！！！！所以就选了个感兴趣的又不难的来完成实训任务。 选择‘位移测量传感器’来做我的实训报告是因为一方面上学期学过自动检测技术，对于传感器并不陌生。另一方面是因为位移传感器的应用范围很广，同时也适合于纺织机并且位移传感器在纺织机设备中起到非常重要的反馈作用，。 同时因为我自己本身平时也接触过纺织机，看见过这几代纺织机的变化，从原始的全手工，到半自动，直到现在实现真正的全自动。以前的手工纺织机差不多就和《花木兰》里面的“唧唧复唧唧，木兰当户织”一样传统的纺织机织出来的衣服慢，花样少，而且一人只能操作一台机器。半自动化的纺织机是加入了电动机由激光传感器来计算一件衣服所需要的转数，但是当一件有花样的衣服还是需要较多的手工操作，一个人最多可以看管四台纺织机。全自动的纺织机能够织出整件服装版型并且同时无需人员看管就能够自动完成花样。 那全自动纺织机和我的论文有什么关系呢？ 答案是必然并且有非常重要的关系因为位移传感器，在全自动纺织机织花样（花样是指衣服上的各种图案，像小熊啊！花朵啊！还有树之类的图案！）时位移传感器能够使机头准确的停在我们所需花样的准确位置。能够使纺织机机头在配置的电脑上及时的报告他所处的位置。因为在在整台纺织机运行中，可以通过位移传感器进行反馈传回来的的数值进行调整变频电机的速度。进而调整整台纺织机相关运转。对控制电机的运转或停止有极大的帮助 并且位移传感器在纺织机上有非常广阔的应用前景近年来，随着技术进步和纺织行业客户的要求的提高，对纺织机械装备技术水平的要求也越来越高！纺织机械设备的产业升级也在不断进行中，所以传感器就在纺织机上应用的越来越频繁，从而提高了生产效率！所以综上选择这篇论文
传感器的位移测量实验 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
位移测量实验报告 专业班级姓名实验仪器编号实验日期一、实验目的 掌握常用的位移传感器的测量原理、特点及使用，并进行静态标定。 二、实验仪器 CSY10B型传感器系统实验仪。 三、实验内容 （一）电涡流传感器测位移实验· 1、测量原理 扁平线圈中通以交变电流，与其平行的金属片中产生电涡流。电涡流的大小影响线圈的阻抗Z。 Z = f（ρ，μ，ω，x）。 不同的金属材料有不同的ρ、μ，线圈接入相应的电路中，用铁、铝两种不同的金属材料片分别标定出测量电路的输出电压U与距离x的关系曲线。 2、测试系统组建 电涡流线圈、电涡流变换器（包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路）、测微头、电压表、金属片。 3、试验步骤 ①安装传感器测微头；②连接电路；③依次用铁片、铝片进行位移测量。
4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线，确定量程，非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。
（二）光纤传感器测位移实验 1、测量原理 反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。 反射式位移传感器原理 当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电元件。经光电元件转换为电信号。经相应的测量电路测出照射至光电元件的光强的变化。 2、组建测试系统 光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。 3、实验步骤 ①观察光纤结构；②安装光纤探头、反射片；③连接电路；④旋动测微仪测位移。 X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` 4、数据分析与讨论
1.BY-1型土压力传感器 钢弦式表面应变传感器主要用于量测混凝土、钢筋混凝土、钢结构、网状钢结构的表面应变；也可用于已产生微裂的混凝土、钢筋混凝土工程裂缝变化的观测；或用于混凝土应力解除和温度应力的测量。 2.JXW-1型位移传感器 主要用于测试隧道岩层之间、土层之间及其它工程地基基础等受压力后产生的位移量。 3.钢筋应力传感器 除用于量测钢筋混凝土结构中的钢筋应力外还可将其串接起来用于量测隧道及地下结构锚杆的应力分布。 4.孔隙水压力传感器 主要用于测试软基处理和病害水坝整治等工程中的岩石和土壤地下水的流动状态和水压力的大小，并把水压力从所量测的总土压力中分离出来；也可用孔隙水压力传感器量测孔隙水压力的大小和分布。 5.BY-1型土压力传感器 采用双油腔结构形式，它的最大特点是，当传感器受力时，传感器油腔中的液体可使力传递均匀，同时由于弹性敏感元件的变形比弹性传力元件的变形增大若干倍，提高了传感器 的灵敏度。该产品主要用于路基、挡土墙、坝体及隧道等地下结构工程，动静态的测试。 6.基泰VSL570系列振弦式静力水准沉降系统 广泛适用于测量土石坝、港口建设、公路、输（气）油管道、储油罐等基础填方结构的沉降（浮升）。本系统为解决一族多个高程相近监测点的垂直位移及相对沉降变化提供了技术先进的解决方案。数据采集可以用CTY-203型振弦读数仪人工读取，亦可接入其他振弦式自动化测量模块获取。
7.高智能型单点沉降计 属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器，是位移传感器的一种；单点沉降计是由位移计、测杆、锚头、沉降板组成。钻孔后将单点沉降计埋入土体基础内部，测量锚头与沉降板之间的相对位移变化。单点沉降计主要应用于公路、铁路、水利大堤等各种基础沉降、边坡位移的变形测量。 8.分层沉降计 属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器，是位移传感器的其中一种；分层沉降计是由多个位移计通过安装套件串联组成。钻孔后将分层沉降计埋设于软土路基，测量软基的分层沉降变形情况。 9.分层沉降仪（沉降磁环） 分层沉降仪是一种地基原位测试仪器。它适用于测量地基、路基、尾矿坝、基坑、堤防等地下各分层沉降量。根据测试数据的变化，可计算出沉降趋势，分析其稳定性，监控施工过程等。分层沉降仪与CX―I型高精度钻孔测斜仪配合使用，是地基原位监测较理想的设备。 工作原理及特点 分层沉降仪所用传感器是根据电磁感应原理设计，将磁感应沉降环预先通过钻孔方式埋入地下待测的各点位，当传感器通过磁感应环时，产生电磁感应信号送至地面仪表显示，同时发出声光报警。读取孔口标记点上对应钢尺的刻度数值，即为沉降环的深度。每次测量值与前次测值相减即为该测点的沉降量。 探头结构牢固，密封性好。钢尺电缆一体化，整机为便携式，重量轻，采用直流电源供电，适合各种野外环境。
利用位移传感器测定加速度 摘要: 位移传感器有发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。测量时，位移传感器的发射器与被测物体固定在一起，发射器按照一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的红外线信号。位移传感器的接受器接收到红外线信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时 关键字：位移传感器 发射器 数据采集器 计算机系统 一 实验目的和要求 1.加强对位移传感器的理解和掌握位移传感器的原理及用法。 2.学会用位移传感器测定斜面上下滑物体的加速度，加深对加速度的理解。 二实验仪器 DISL 实验室、位移传感器、数据采集器（一个）、数据线（若干）、计算机（硬件和软件）、电源、力学轨道、小车、支架等。 三 实验原理介绍 位移传感器有发 射器和接收器组成，发射器内装 有红外线和超声波发射器；接收 器内装有红外线和超声波接收 器。测量时，位移传感器的发射器 与被测物体固定在一起，发射器按照一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的红外线信号。位移传感器的接受器接收到红外线信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时。由于红外线的传播速度为光速，近距离内传播时传播时间可忽略不计，故可认为位移传感器收到的红外线的时间等同于发射器发射红外线的时间，把位移传感器把接收器记录的时间乘以声速就得到发射器和接收器之间的距离。 用位移传感器结合计算机获得v-t 图，通过图像求加速度。在v-t 图像上取相距较远的两点A （t 1，v 1）与B （t 2，v 2），求出它们所在直线的斜率，即可求得加速度：1 212t t v v a --=。 四 实验内容及步骤 1．将位移传感器的发射器固定到小车上，接收器固定在力学轨道的顶端（木板倾斜，使小车下滑作匀加速直线运动）。 调整接收器、发射器的位置，使其基本正对。将接收器 用DIS 测定加速度装置图
（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。 （2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。 （3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。 （4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。 （5）为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。 （6）光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。 （7）不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度;另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 （8）应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 （9）光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/c44517484.html,/
位移检测传感器的应用 实验课程： 实验名称： 姓名： 学号： 班级： 指导教师： 实验日期：
位移检测传感器应用 一、实验类型 综合性实验。 二、实验目的和要求 1．了解微位移、小位移、大位移的检测方法。 2．运用所学过的相关传感器设计三种位移检测系统。 3．对检测系统进行补偿和标定。 三、实验条件 本实验在没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量） 及环境温度一般为室温（20±5℃）、相对湿度不大于85% ，大气压力为101±7kPa的情况下进行。 四、实验方案设计 为了满足实验要求，现使用电涡流，光纤，和差动三种传感器设计位移检测系统，电涡流取0.1mm为单位，光纤取0.5mm为单位，差动取0.2为单位。进行试验后，用MATLAB处理数据，分析结论。 （一）：电涡流传感器测位移 电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图所示。根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图中的等效电路。
电涡流传感器原理图电涡流传感器等效电路图 图1 （二）：光纤传感器测位移 实验原理：反射式光纤传感器工作原理如下图所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接受，另一束为光源发射，近红外二极管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接受光纤传输至光电转换器转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。 图2 （三）：差动电感式传感器测位移 实验原理：差动动螺管式电感传感器由电感线圈的二个次级线圈反相串接而成，工作在自感基础上，由于衔铁在线圈中位置的变化使二个线圈的电感量发生变化，包括两个线圈在内组成的电桥电路的输出电压信号因而发生相应变化。下图为差动式位移检测传感器原理图。
位移测量传感器简介 测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。 1、电感式位移传感器 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。 电感式传感器的特点是：（1）无活动触点、可靠度高、寿命长；（2）分辨率和灵敏度高，能测出0.01微米的位移变化；（3）传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。（4）线性度高、重复性好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%；（5）测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；（6）无输入时有零位输出电压，引起测量误差；（7）对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；（8）频率响应较低，不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感
加速度传感器和位移 2010-12-23 14:05 转载自分享 最终编辑uestcliang **加速度传感器采集的加速度值有没有必要转换为位移量** 加速度信号转换为位移量可以通过两种方法：时域积分和频域积分。在时域中积分，方法简单，但由于测试上原幅值将产生严重偏移趋势项，极大影响测量的准确程度。理论上加速度在时域上进行两次积分可以得到位移，但速度经过两次积分后想获得速度，但积分的结果却与现实有很大的偏差(如图1)。经分析并请教高手后个人认为 1、测试获得的加速度中存在很多成分，在进行积分前必须对信号进行处理，否则积分的结果肯定会出现问题； 2、无论是硬件积分还是软件积分均存在低频放大高频截止的特性。在用加速度进行二次积分得到位移的过程中因 3、如果真的可以用加速度进行积分可以获得速度和加速度的话，那厂家也就不需要再花昂贵的代价去生产速度及 从现场采集的信号，比如加速度信号，实质上是连续信号，是不定积分的范畴。而目前很多积分算法，都是定积信号中的低频，是很难积分的，因为积分一下，就要出现一个转频，还是在分母上，频率很低时，其倒数接近无那就要涉及滤波器的设计了，选择什么样的滤波器，把那些频率滤掉，是一个很关键的问题，只要有滤波，就预值的大小，如果再滤波滤的不太合理的话，那误差就更大，失去了积分的意义了！ 积分低频问题有两种，一种是所谓的零位，这一般是由仪器或传感器产生的，真实振动不会有直流成分，所以积分这个也不是振动信号，主要是由传感器或仪器的温漂或零漂引起的，用一般方法很难去掉，当然也不是完全没办以最快捷有效的方法还是高通滤波，设计尽可能好的滤波器，截止频率尽可能低以减少能量损失，衰减尽可能陡相位或线性相位滤波了。至于频域积分，主要是丢失了相位信息，其实对于旋转机械信号来说，两者差别并不是 第二，频域积分。频域积分据说相对稳定一些，不过存在相位误差的问题。
一、系统工作原理 1.1光栅位移传感器的原理 光栅位移传感器通过主光栅（即标尺光栅）与位移部件固定连接，随着主光栅和副光栅（即指示光栅）进行相对位移，栅线间夹角为θ，则光栅组透光部分呈菱形，综合效果是一组等间距亮带，即形成了莫尔条纹。光栅位移传感器位移时莫尔条纹也移动，经过光电器件转换使黑白相间的条纹转换成正弦波变化的电信号。 （a）长光栅结构（b）莫尔条纹的形成 图1 莫尔条纹的原理 电信号再经过放大器放大、整形电路整形，细分、辨向等电路，最终送到单片机对移动的莫尔条纹进行计数，运算后送到LCD屏显示。 1.2系统整体设计框图 系统整体框图如图2所示： 图2 系统整体框图 光栅尺移动产生莫尔条纹，光栅传感器检测后产生近似正弦波的电信号。该电信号经过放大、整形电路将正弦信号变成方波，再经四细分、辨向电路实现模拟信号到数字信号的转变，省去了模-数转换的部分使电路简单，编程容易。细 四 倍 频 细 分 辨 向 单 片 机 计 数 运 算 放 大 整 形 电 路 光 栅 传 感 器 位移信号 LCD 屏 显 示
分信号输入到单片机T0口进行计数，通过程序运算，再由LCD屏显示出运算结果。 二、系统硬件设计 2.1放大电路设计 采用同向比例放大电路，如图3： 图3 同向比例放大电路 同相比例放大电路结构简单，比较常用，放大倍数易于调整。 采用LM324系列运算放大器（引脚图如图4），是价格便宜的差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V。 LM324的特点： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100nA（LM324A） 5.每封装含四个运算放大器。 6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 图4 LM324引脚图9.输入端具有静电保护功能
位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势≠0；b系统当Z<2毫米时具有良好的线性，Z=0时，霍耳电势=0；c系统的灵敏度高，测量范围小于1毫米。图中N、S分别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长，因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。 光电式位移传感器：它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。 根据型号特性 导电塑料位移传感器： 用特殊工艺将DAP（邻苯二甲酸二稀丙脂）电阻浆料覆在绝缘机体上，加热聚合成电阻膜，或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实心体作为电阻体。特点是：平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等。
光栅尺位移传感器原理简介及维护注意事项 一、光栅尺是什么？ 轨道旁边的黄色金属条，与其对 应部位，在移载台底部装有光读 头 定义： 光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。 光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作 直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大， 检测精度高，响应速度快的特点。 二、光栅尺的分类、构造 1）分类： 光栅尺位移传感器按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。 ●透射光栅指的玻璃光栅. ●反射光栅指的钢带光栅 2）结构： 光栅尺位移传感器是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机 床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。下图所示的 就是光栅尺位移传感器的结构。
三、光栅尺的工作原理？ 常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。（关于莫尔条纹的原理，可参考相关文献） 简单的说：光读头通过检测莫尔条纹个数，来“读取”光栅刻度，然后再根据驱动电路的作用，计算出光栅尺的位移和速度。 莫尔条纹 四、光栅尺的维护 1）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。 2）定期检查各安装联接螺钉是否松动、定期使用干燥的洁净布擦拭表。 3）光栅尺位移传感器严禁剧烈震动及摔打、踩踏，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光
栅尺传感器即失效了。 4）不要自行拆开光栅尺位移传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 5）应注意防止油污及水污染、硬物划伤光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 6）光栅尺位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
光栅尺工作原理及详细介绍 光栅：光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。 光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。 光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。 【相当于眼睛】 一、引言 目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图。 随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用，并逐步向智能化方向转化。 利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量，它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。下面对该系统的工作原理及设计思想作以下介绍。 二、电子细分与判向电路 光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。目前高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，本系统采用了电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量，同量莫尔条纹又具有光学放大作用，其放大倍数为： (1) 式中：W为莫尔条纹宽度；d为光栅栅距（节距）；θ为两块光栅的夹角，rad 在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波，经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器，最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。 三、单片机与接口电路 为实现可逆计数和提高测量速度，系统采用了193可逆计数器。假设工作平台运行速度
光栅线（角）位移传感器的位移检测一、系统框图 二、框图说明 2.1.光栅传感器 光栅线位移传感器 价格：400.00 – 2000.00 测量长度：50mm – 1000mm 产地：国产 规格：25线/mm 供电电压：5V 输出：两路脉冲，相差90o 光栅角位移传感器 型号：E6B2-CWZ1X 价格：100.00 – 500.00 产地：国产（欧姆龙） 规格：100线/周– 1000线/周 供电电压：5V 输出：两路脉冲，相差90o
光栅线位移和角位移传 感器具有相同的输出，两路 脉冲，相差90o（图1）。所 以信号处理电路没有区别，程序处理时，脉冲当量不一 样。线位移时为X.Xmm/脉冲，角位移时为X oX 'X "/脉冲。同样的脉冲，所表示的物理意义不同，一个是线位移的长度单位，一个是角位移的角度或转速单位。 2.2. 光栅信号处理单元 光栅信号处理单元完成细分与辨向，单元所处理的信号为两路相差90°的方波,A 信号和B 信号,图1 所示. 设一参考方向,假设相对位移方向与参考方向一致时,A 信号超前B 信号90°,图2 a 所示,相对位移方向与参考方向相反时,A 信号落后B 信号90°,图2 b 所示. 辨向就是辨别光栅传感器的相对位移方向,也就是A 信号和B 信号相位关系。 . 图2 光栅位移1 个栅距，对应输出波形一个周期，两路A 、B 信号对应4 个前后沿变化，通过组合逻辑得到4个脉冲。即4细分。 细分与辨向电路的输出是正向四细分信号+ P 加反向四细分信号- P ,图3所示。 . A 路 B 路 图1
图3 三、系统原理图 单片机STC15F2K60S2有二个高速串口，由电路MAXRS232转换成RS232
光栅传感器的结构及工作原理 光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。 一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。 这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅成为反射光栅。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。 光栅传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。 这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上，在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。光栅传感器的结构及工作原理 光栅传感器的结构均由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件这几个主要部分构成。 1、光源：钨丝灯泡，它有较小的功率，与光电元件组合使用时，转换效率低，使用寿命短。半导体发光器件，如砷化镓发光二极管，可以在范围内工作，所发光的峰值波长为，与硅光敏三极管的峰值波长接近，因此，有很高的转换效率，也有较快的响应速度。 2、光栅付：由栅距相等的主光栅和指示光栅组成。主光栅和指示光栅相互重叠，但又不完全重合。两者栅线间会错开一个很小的夹角，以便于得到莫尔条纹。一般主光栅是活动的，它可以单独地移动，也可以随被测物体而移动，其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件而固定。
传感器的选择 工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位为：米/秒2 (m/s2)，或重力加速度(g)。 描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。绝大多数的工程振动信号均可分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此，对某一振动信号的测量，实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值精度的高低来评定。 最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器。 传感器的种类选择 ·压电式- 原理和特点 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。 ·压阻式 应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结
激光位移传感器使用简介 激光位移传感器是基于三角测量原理设计，是一款短距离高精度的工业场合使用的产品。应用了当今先进的数字化背景抑制技术，大大提高了测量精度和抗干扰能力，EMI屏蔽，信号输出稳定，结实的工业塑胶外壳，IP67的防护等级，抗振冲击能力强都是这个系列的突出特点。 激光位移传感器外形尺寸小，易于安装，设置功能齐全，操作方便，带有RS485数字输出功能，带有M12的标准的接插件。可广泛用于钢铁工业，冶金工业，汽车工业，纺织工业，印刷工业，食品工业，机器人控制，还用于产品厚度检测，相对距离位置检测，高度检测等等场合。 性能特点： 检测距离40—60mm 红色激光670nm 小清晰光斑 无设置要求 高精度0.01/0.06mm 模拟量输出0—10V 连接器位置可旋转270° 光学参数： 激光特性：红色激光，波长670nm 激光等级：2级根据EN60825-1-3/97标准 参考被测物：Kodak灰色18% 100x100mm 电气参数：
工作电压：18...28V DC 电流损耗无负载：<35mA@24V DC 负载电流: <200mA 输出信号：模拟量 电压0…10V 最大3mA 分辨率：7μm，20μm，40μm，80μm 线性度：<1%MBE 显示：污染状态LED红色 运行LED绿色 温漂：10μm/K 短路保护：有 反极性保护：有 超载保护：有 机械参数 外壳材料：ABS抗冲击 窗口PMMA; LED窗口聚碳酸酯 外形尺寸：50x50x17mm 接线方式：M12x1接插件、4针 使用寿命：50000小时 产品重量：40g 配件：可选保护壳
低温工作加热器 高温环境降温配件 环境参数 环境光源：EN60947-5-2 EMC: EN60947-5-2 工作温度：0...50℃ 保存温度：-10...60℃ 保护等级：IP67 技术参数
加速度传感器采集的加速度值有没有必要转换为位移量 加速度信号转换为位移量可以通过两种方法：时域积分和频域积分。在时域中积分，方法简单，但由于测试上原因，所测得的加速度信号均值不为零，经二次积分后，位移振幅值将产生严重偏移趋势项，极大影响测量的准确程度。理论上加速度在时域上进行两次积分可以得到位移，但实际的结果却不一定如想象中的那么理想。我曾经将测得的加速度经过两次积分后想获得速度，但积分的结果却与现实有很大的偏差(如图1)。经分析并请教高手后个人认为用加速度在时域上进行积分获得位移存在以下问题： 1、测试获得的加速度中存在很多成分，在进行积分前必须对信号进行处理，否则积分的结果肯定会出现问题； 2、无论是硬件积分还是软件积分均存在低频放大高频截止的特性。在用加速度进行二次积分得到位移的过程中因存在误差放大，积分结果误差较大。建议不进行二次积分。 3、如果真的可以用加速度进行积分可以获得速度和加速度的话，那厂家也就不需要再花昂贵的代价去生产速度及位移传感器。 从现场采集的信号，比如加速度信号，实质上是连续信号，是不定积分的范畴。而目前很多积分算法，都是定积分的算法，当然积分出来的结果不理想了！积分中，特别对于信号中的低频，是很难积分的，因为积分一下，就要出现一个转频，还是在分母上，频率很低时，其倒数接近无穷大。如何很好处理低频，是积分的关键。有人会想到滤波，那就要涉及滤波器的设计了，选择什么样的滤波器，把那些频率滤掉，是一个很关键的问题，只要有滤波，就预示着原信号的能量被滤掉一部分，直接影响到积分后的振动幅值的大小，如果再滤波滤的不太合理的话，那误差就更大，失去了积分的意义了！ 积分低频问题有两种，一种是所谓的零位，这一般是由仪器或传感器产生的，真实振动不会有直流成分，所以积分前可以将直流成分去掉（去均值），还有一种我称为趋势项，这个也不是振动信号，主要是由传感器或仪器的温漂或零漂引起的，用一般方法很难去掉，当然也不是完全没办法，可用EMD分解求得趋势项然后去掉，这个又比较麻烦，所以最快捷有效的方法还是高通滤波，设计尽可能好的滤波器，截止频率尽可能低以减少能量损失，衰减尽可能陡，一般能满足工程要求，当然如果考虑相位的话，就要选择零相位或线性相位滤波了。至于频域积分，主要是丢失了相位信息，其实对于旋转机械信号来说，两者差别并不是很大，都可以接受，相位除外。 第二，频域积分。频域积分据说相对稳定一些，不过存在相位误差的问题。