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位移检测传感器应用-刘承旭

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传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

传感器与检测技术 课 程 设 计

题 目: 位移检测传感器应用

作 者 姓 名： 刘承旭

学 号： 2016085215

学 院： 机械与电子工程学院

专 业： 自动化

指导教师姓名： 赵水英

2018年5月30日

传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

一、实验目的

了解微位移、小位移。大位移的检测方法。

二、实验仪器

利用实验室现有的条件：试验台、各种传感器、各种传感器模块以及其他器件。

三、实验内容

1. 运用所学过的相关传感器设计三种位移检测系统。

2. 对检测系统进行补偿和标定

四、实验方案设计

方案一：应用电容式传感器 作为大位移测量

实验原理：电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：

dSdSCr0

式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε0真空介电常数，εr介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或εr发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。

实验步骤：1.有关旋钮的初始位置：差动变换器Ⅱ增益旋钮置于中间，电压表置于20V挡，电容放大器增益最大。

2. 按图1接线。电压表打到20V档位，安装好测微头，让测微头与振动台吸合，调节测微头使电压表的输出为零。

3. 转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。

4．退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。

5．卸下测微头，断开电压表，将低频信号中的钮子开关打向激振线圈Ⅱ，用示波器观察输出波形。 传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

图1 参考接线图

方案二：应用涡流式传感器 作为小位移测量

实验原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。

实验步骤：（一）实验内容1操作步骤

1. 装好电涡流传感器（传感器对准铝测片安装）和测微头。观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。如图2接线，用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至电压表，电压表置于20V挡，开启电源。用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。

2．适当调节电涡流传感器的高度，使其与被测铝片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。 传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

图2 参考接线图

（二）实验内容2操作步骤

1．转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态），适当调节涡流传感器头的高低位置（目测）。

2．先将差动变换器I调零，根据图3的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动变换器I、电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应调置于±4Ｖ），电压表置20V挡,开启电源。

3．调节Rw1电桥网络，使电压表读数为零。

4．去除差动变换器I与电压表连线，将差动变换器I的输出与示波器连起来，将转速／频率表置于频率档位，并将低频振荡器中的钮子开关打向激振线圈Ⅱ的位置。

5．固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动台振动时不碰撞其他部件为好），调节频率旋钮，调节时用频率表监测频率变化，用示波器读出峰峰值填入下表，关闭电源。 传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

图3 参考接线图

方案二：应用霍尔式传感器 作为微位移测量

实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。

实验步骤：1．有关旋钮初始位置：差动变换器Ⅰ增益旋钮打到最大，电压表置20V挡，直流稳压电源调置±2V电源关闭。

2.了解霍尔式传感器的结构及在实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪振动圆盘的支架上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

3．开启电源，将差动变换器Ⅰ调零后，关闭电源，根据图4接线，RW1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

4．装好测微头，调节测微头与振动台吸合，并使霍尔片位于半圆磁钢上下中间传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

位置。

5．开启电源，调整RW1使电压表指示为零，如果电压表很难显示为零，可以适当的调节测微头，让霍尔片位置适当时，使电压表显示为零。上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入表中。

图4 参考接线图

五、实验步骤

对检测系统进行静态标定。标定步骤：

1．将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；

2.根据传感器量程分点情况，由小到大一点一点输入标准量值，并记录与各输入值相对应的输出值 ；

3.将输入值由大到小一点一点减小，同时记录与各输入值相对应的输出值；

4.按2）、3）所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次测试，将得到的输出—输入测试数据用表格列出或作出曲线；

5.对测试数据进行必要的处理，根据处理结果确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞性、重复性这四个静态特性指标。

六、数据记录及处理

1.分别将大位移、小位移、微位移位移量X与输出电压值V的变化测量结果填入下表。

表一：大位移测量 传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

X(mm) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

V(v) 0 0.028 0.058 0.087 0.119 0.152 0.186 0.221 0.262 0.299

表二：小位移测量

X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

V(v) 5.24 7.71 9.44 9.83 9.75 9.67 9.63 9.59 9.57 9.55

表三：微位移测量

X(mm) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0..25 0.3 0.35 0.4

0.45

V(v) 0 0.5 0.9 1.4 1.8 2.3 2.8 3.2 3.7 4.2

3. 根据实验数据，对三种检测系统分别作V-X曲线，确定线性范围，用最小二乘法求拟合直线，求灵敏度和线性度等。

①V-X曲线：

图5 表一V-X曲线

传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

图6 表二V-X曲线

图7 表三V-X曲线

② 线性范围：

图5： 4-7即1.5mm-3mm;

图6： 6-10即1mm-1.8mm；

图7： 8-10即0.35mm-0.45mm。

③ 最小二乘法公式： 传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

带入线性方程y=a+bx，可得到回归线性方程。

④ 最小二乘法求拟合直线，求灵敏度和线性度：

线性度方程：

%YΔLγFSL100max

1）表一：

拟合直线：0115.0066.0y1x

灵敏度：066.01K

线性度：%68.01L

2）表二：

拟合直线：906.922.0y2x

灵敏度：22.0-2K

线性度：%2.02L

3）表三：

拟合直线：042.001.9y3x

灵敏度：01.93K

线性度：%6.93L 22xxyxxybxbya传感器与检测应用实验 位移检测传感器应用

⑤对设计的三种位移检测系统进行性能比较和分析：

由以上的数据可以得出：霍尔式传感器灵敏度＞电涡流式＞电容式，且线性度也最好，所以霍尔式传感器在这三种设计方案中是性能最好的。

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位移传感器的原理及应用

位移传感器的原理及应用

位移传感器的原理及应用

原理

位移传感器是一种用于测量物体或系统的位移或运动的装置，它可以将物体的运动转换成可量化的电信号。位移传感器常用于工业自动化、机械制造和科学研究等领域。以下是几种常见的位移传感器原理：

1. 光电编码器原理

光电编码器是一种基于光电效应的位移传感器。它由一个发光器和一个接收器构成。发光器向目标物体发射光束，随着物体的运动，接收器接收到不同的光信号，并将其转换为电信号。通过分析电信号的变化，可以计算出物体的位移。

2. 拉丝位移传感器原理

拉丝位移传感器通过拉动一根带有刻度的导丝来测量物体的位移。导丝与被测物体相连，当物体发生位移时，导丝也会随之拉动。通过测量导丝的拉伸程度，可以确定物体的位移，并将其转换为电信号进行输出。

3. 容积位移传感器原理

容积位移传感器是一种基于液体容积变化的位移传感器。它通常由两个与被测物体相连的空心体积固定的部件组成。当被测物体发生位移时，容积固定的部件会产生形变，进而导致液体的容积变化。通过测量液体的容积变化，可以确定物体的位移。

应用

位移传感器在许多领域中被广泛应用。以下是几个常见的应用领域：

1. 工业自动化

在工业自动化中，位移传感器常用于测量机器人、加工设备和传送带等设备的位移和运动。通过监测这些设备的位移，可以实现自动化生产过程的控制和优化。

2. 机械制造

位移传感器在机械制造中起到关键作用。它们可以用于测量机械零件的位移和位置，例如汽车零件、航空航天设备和精密仪器。通过对位移数据的收集和分析，可以提高机械设备的性能和精度。 3. 科学研究

位移传感器在科学研究中被广泛应用，例如物理学、生物学和地质学等领域。通过测量物体的位移和运动，科学家可以研究物质的性质和行为。位移传感器也可以用于记录地震、气候和环境的变化。

4. 建筑工程

在建筑工程中，位移传感器可以用于监测建筑物的位移和变形。它们可以帮助工程师评估建筑物的结构稳定性，并及时发现和修复潜在的安全隐患。

位移传感器工作原理及应用

位移传感器工作原理及应用

1 位移传感器工作原理及应用

位移传感器是测量物体位置移动的高精密自动化测量工具。位移传感器又称为线性传感器,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。在这种转换过程中有许多物理量常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。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。

某些应用中，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 2 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。电位器式位移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。

位移传感器生产原理及应用

位移传感器生产原理及应用

位移传感器生产原理及应用

位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的设备，它能够将物体移动的距离转换成电信号输出。位移传感器的生产原理主要是根据不同的测量原理和技术来实现的，常见的有电容式、电感式、压阻式等多种类型。每种类型的传感器都有其适用的场景和特点，可以根据不同的需求来选择合适的传感器类型。

电容式位移传感器是一种常见的类型，其基本原理是通过在被测物体和传感器之间建立一个电容，当被测物体发生位移时，电容的参数随之变化，进而产生电信号输出。而电感式位移传感器则是利用电感的变化来测量位置，当被测物体发生位移时，电感的参数也会发生变化，从而产生电信号输出。压阻式位移传感器则是通过物体与传感器之间的压力变化来实现位移测量，当物体移动时，压力的变化也会引起电信号的输出。

位移传感器在工业生产、机械设备、汽车、航空航天等领域都有广泛的应用。在工业生产中，位移传感器常用于控制系统、自动化设备中，用来监测机器人的运动、生产线上的物体位置等。在机械设备中，位移传感器可以用来检测机械零件的位置、运动轨迹等，从而实现精准的控制和监测。在汽车领域，位移传感器可以用来测量车辆各部件的位置、运动状态，从而实现车辆悬挂、转向等系统的自动控制。在航空航天领域，位移传感器也有着重要的应用，可以用于飞行器的姿态测量、导航系统等。

位移传感器的应用范围非常广泛，除了上述领域之外，在科研实验、医疗设备、建筑工程等领域也有着重要的应用。在科研实验中，位移传感器可以用于测量实验装置的位移，从而获取实验数据。在医疗设备中，位移传感器可以用于监测患者的身体部位的位置，如呼吸机、手术器械等。在建筑工程中，位移传感器可以用来监测建筑结构的变形和位移，从而保障建筑的安全性。

总的来说，位移传感器是一种非常重要的工业传感器，它的生产原理和应用领域非常广泛。随着技术的不断进步，位移传感器的性能和精度也在不断提高，能够更加准确地实现位移测量。在未来，随着工业自动化、智能化的发展，位移传感器将会有更广泛的应用，为各个领域的生产和科研提供更好的技术支持。

位移传感器的应用实例

位移传感器的应用实例

位移传感器的应用实例

位移传感器（Displacement Sensor）是一种可以测量物体位移的器件，通常包括了温度传感器、压力传感器、光学传感器等多种技术，可以对被测物体进行高精度、高速度的测量，并能够将这些数据输入给计算机进行处理，被广泛应用于各种工业领域和科学研究中。下面将介绍位移传感器的应用实例。

一、机器人和自动控制领域

在机器人和自动控制领域，位移传感器被用来测量机器人的运动、姿态和位置，以帮助机器人采取正确的动作和反应。比如，在装配制造业中，位移传感器被用来测量旋转角度和转动力矩，以便掌握装配过程中的运动轨迹和力矩，保证装配质量。

二、建筑工业领域

在建筑工业领域，位移传感器常常被应用于对结构变化的检测，以帮助工程师们了解建筑物的变形情况和安全状况。通过安装在桥墩或建筑结构上的位移传感器，可以测量结构的扭曲程度、变形程度和受力情况，从而可以对结构的安全性进行评估和判断。

三、医疗仪器和设备

在医疗设备和仪器中，位移传感器被用来测量和监测人体器官和肌肉的运动情况，以及各种导管、针头等的位置和深度。例如，手术过程中，通过手术器械上的位移传感器可以实时监测手术器械的位置和深度，从而帮助医生更加准确地进行手术操作。

四、自动化设备

在自动化设备领域，位移传感器被广泛应用于自动化控制系统中，以帮助实现设备自动控制。比如，在纺织行业中，位移传感器可以被用来控制织机以保证织布的高质量和稳定性。

总之，位移传感器是现代工业发展中非常重要和必不可少的工具和器件，它被广泛应用于各种领域和行业中，并且随着科技的不断进步和发展，它的应用前景也将越来越广阔。