《传感器技术及应用》 项目六 位移检测

差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩

光栅传感器用于数控机床的位移检测
光栅传感器测量位移的原理
传 感 器 技 术 与 应 用
将长度与测量范围一致的主光栅固定在运动零件上， 随零件一起运动，短的指示光栅与光电元件固定不动。如 下图所示。当两块光栅相对移动时，可以观测到莫尔条纹 的光强的变化。设初始位置为接收亮带信号，随着光栅的 移动，光强的变化由亮进入半亮半暗，全暗，半暗半亮， 全亮，光栅移动了一个栅距，莫尔条纹也经历了一个周期， 移动了一个条纹间距。光强的变化需要通过光电转换电路 转换为输出电压的变化，输出电压的变化曲线近似为正弦
术 3．标尺光栅固定在机床的工作台上，随机床的走刀而动，它的有效 与 长度即为测量范围。如长度超过1.5米，需在标尺中部设置支撑。
应 4．读数头固定在机床上，安装在标尺光栅的下方，与标尺光栅的间 用 隙控制在1～1.5毫米以内，并尽可能避开切屑和油液的溅落。
5．在机床导轨上要安装限位装置，以防机床工作时标尺撞到读数头。
光栅传感器用于数控机床的位移检测
检查与评价
传 感 1．在使用环境有油污、铁屑等情况时，建议采用防护罩，防护罩应 器 将主尺全部防护。 技 2．应关闭电源后，插拔光栅传感器的电源。 术 与 3．经常检查安装螺钉是否松动。 应 4．及时清理溅落在光栅传感器表面上的切屑和油液，尽可能外加保 用 护罩，定期清洗光栅表面。
由于细分后计数脉冲频率提高了，因此细分又称为倍频。
常用的细分方法是直接细分，细分数为4，故又称四倍 频细分。
光栅传感器用于数控机床的位移检测
传
感 器
决策与计划
技
数控机床的线位移检测，根据光栅传
术 感器的相关知识，可选用直线光栅位移传
与 感器。
应
用
光栅传感器用于数控机床的位移检测

第6章
位移的检测
6.2
光栅传感器测量位移
2. 辨向原理
在莫尔条纹移动的方向上设置两套相距m±1/4莫尔条纹宽度的光 电元件。当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，两套光电元件 可以接受到到2个在相位上依次超前或滞后1/4周期的光强度变化，光 敏元件把光强度变化的转化为相应的相位上超前或滞后90°两组电压 信号，如图6-26所示，经放大、整形后得到两个方波信号u1和u2，分 别送到图6-27所示的辨向电路中。
U o
R1
E
Z1
R2
Z2
E R jL E jL E Z r Uo Z 2 2 Rr jL 2 Rr jL
第6章
位移的检测
6.1
电感式传感器测量位移
（2）变压器电桥
输出电压为
/2 E
E
Z1 A
U
( U o
o
B
Z1 1 )E Z1 Z 2 2
第6章
位移的检测
6.1
电感式传感器测量位移
2．电感式传感器测量电路
电感式传感器的测量电路有交流分压器式、交流电桥式和谐振式等 几种。对于差动式电感传感器通常都采用交流电桥电路。 （1）电阻平衡臂电桥 电阻平衡臂电桥电路如图6-10所示，传感器的两个线圈（阻抗为Z1 和Z2）作为电桥的两个臂，用两个电阻R1、R2作电桥的另外两个臂。 设初始Z1=Z2=Rr+jωL，并且R1=R2=R， 满足电桥平衡条件Z1/ Z2= R1/ R2， 电桥平衡。工作时，Z1=Z+ΔZ，Z2= Z －ΔZ，输出电压为
S0
衔铁 铁心 测杆
（2）变隙式电感传感器
线圈
L
铁心

《传感器技术及应用》课程标准编制人：曹月真编制单位：机电教研室适用专业：电气自动化技术编制日期：2013年 3 月审核人：张月华系部主任：武蕴馥衡水职业技术学院机电工程系制2013年 3月目录一、课程定位和课程设计二、课程目标三、课程内容与要求四、课程实施五、教学评价、考核要求六、课程资源开发与利用七、参考文献八、其他说明《传感器技术及应用》课程标准课程编号：05131080适用专业：电气自动化技术课程类别：专业核心课程修课方式：必修教学时数：52学时总学分数：3.5学分一、课程定位和课程设计（一）课程性质与作用传感器是现代控制的基本工具，而检测技术则是控制过程获取信息的唯一手段。

《传感器与检测技术》是一门多学科交叉的专业课程，本课程是电气自动化技术专业的一门核心专业技术课，重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。

为后期的电气综合实训、电工中、高级职业资格证书（其内容约占20%）、毕业设计、顶岗实习等打下基础，也是职业素质养成与职业能力培养最基本的理论实践一体化课程。

（二）课程基本理念本课程贯彻“以就业为导向，以能力为本位”的职教思想，以学生将来从事的职业岗位群所需要的相关知识和基本技能为依据，以项目课程为主体的模块化专业课程体系，它突破了学科为中心的课程体系，减少理论推导，重点突出应用。

将学科内容按“项目”进行整合，在内容安排上也是由简到繁，逐步深入，以应用性教学为主，注重增强学生的能力。

（三）课程设计思路本课程按项目或任务式教学课程进行设计，以项目为引导，任务为驱动，内容以实用为主，原理分析通俗易懂。

各项目中典型传感器应用电路的分析和测试，融合常用传感器的基本知识。

课程内容包含了传感器检测若干个项目，每个项目又分为若干个典型工作任务，每个任务将相关知识和实践实验进行有机的结合，突出实际应用，减少理论推导，注重培养学生的实际应用能力和分析解决问题的实际工作能力。