第七章 位移测量
7位移的测量
分辨率好，可靠性高
一、常用位移传感器
（二）涡流传感器
1. 工作原理
金属板置于线圈附近，相互间距为 。高频交变电流i －磁通－ （趋肤效应）“旋涡状”闭合感应电流 i1 （称为涡电流或涡流） －交变磁通1－反作用于线圈。
根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向不线圈磁场变化方向相
反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗収生变化。
一、常用位移传感器
型式 电感式 自感式 变气隙型
螺管型 特大型
差动变压器
涡电流式
同步机
微动同步器 旋转变压器
测量范围
±0.2 mm
1.5~2 mm 300~2000 mm①
±0.08~ ±75 mm
①
±2.5~ ±250 mm
①
360°
10° 60°
精确度 ±1%
±0.5% ±1%~3%
±0.1°~± 0.7° ±1%
摆，有磁性，使得 摆能跟随轴肩运动
二、位移测量应用实例
2. 回转轴径向运动误差的测量 回转轴运动是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而出现 的附加运动 运动误差是回转轴上任何一点収生不轴线平行的移动（端面 运动误差）和在垂直于轴线的平面内的移动（径向运动误差）
端面运动误差因测量点所在半径位置丌同而异，径向运动误 差则因测量点所在的轴向位置丌同而异。所以在讨论运动误 差时，应指明测量点的位置
二、位移测量应用实例
例1：在轴肩处安装涡流传感器
一般采用涡流传感器在 轴肩处测量
轴肩
测量不超过12.5 mm的相对轴膨胀
二、位移测量应用实例
例2：在轴肩两侧相对地安装涡流传感器 在轴肩两侧相对地 安装涡流传感器
可以测量大约25 mm的相对轴膨胀
位移的测量解析PPT教学课件
3. 测量误差
阶梯特性曲线围绕理论特性直线上下波 动，产生的偏差称为阶梯误差。电位器的阶 梯误差ej通常用理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值之比 的百分数表示。电位器阶梯误差为
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4. 测量方法
线绕式电位计是通过电阻百分比来分配 外加电源的电压，因此输出要注意阻抗的匹 配。
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３. 光电电位器 光电电位器是非接触电位器，采用光束
代替电刷。光束在电阻带、光电导层上移动
时，光电导层受到光束激发，使电阻带和集 电带导通，在负载电阻两端便有电压输出。
光电电位器特点是阻值范围宽(500Ω～ 15MΩ)、无磨损、寿命长、分辨率高。缺点 是不能输出大电流，测量电路复杂。
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课题二 差动变压器式位移传感器
[任务导入]
有的机械零件尺寸需要精确测量，并根 据测量误差进行分拣。轴的外径测量就是其 中一种，需要根据形状精度自动检测。
在自动检测系统中， 往往要用到差动变压器式 位移传感器进行测量，测 量精度较高，检测范围一 般是0～100mm。
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线绕电位器具有精度高、性能稳定、线 性好等优点，但分辨率低、耐磨性差、寿命 短。因此，可以使用一些非线绕式电位器。
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三、非线绕式电位器
按照材料的不同，除了线绕式电位器外还 有以下三类常见的电位器：
1、膜式电位器
膜式电位器通常分碳膜电位器和金属膜电
位器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面涂一层均
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位移测量
辨向原理
辨向的方法 关键：“相位关系” 2路信号存在相位差
u
+10V +10V
A t u B 顺 u B 逆 超前于A 超前于 t 0 1 t
发光 二极管 b
1.5kΩ
5.1kΩ
c uo 光电 e 三极管
滞后于A 滞后于
位移测量的电路框图
位移传感器的信号调理电路就是判 断位移方向的电路， 断位移方向的电路，实际上是判断 两个光电对管， 两个光电对管，输出脉冲序列的相 位关系。 位关系。
注意：缓慢摇动，防止两头卡螺母！！！
训练内容1： 训练内容 ：手动输入脉冲计数显示
检测” 手动” （1）S2 ：“检测”； S3 ：“加”或“减”；按“手动”按 ） 钮，计数 器作相应计数 清零” 数码显示为“ （2）按“清零” 数码显示为“000”。 ） 。 加计数时，当计数满“ 加计数时，当计数满“999”，自动回到“000”。 ，自动回到“ 。
思考
写出显示数字k与实际直线位移s的关系。 在360°角位移以内，写出显示数字k与实际 角位移φ的关系。 两个光电对管之间的条纹数对辨向有影响吗？ 为什么？ 码盘上的条纹数对位移检测有什么影响？ 如何得到位置信号？ 怎样使螺旋机构在同样的角位移下输出的执行 位移量增大？ 尽可能多的举出螺旋机构的实际用例。
丝杆
ϕ s= L 2π
s：螺母的直线位移 ： φ：丝杠转过的角位移 L：丝杠的螺距 ：
ϕ
应用：仪器仪表中的微调装置、 应用：仪器仪表中的微调装置、机 床的进给装置、螺旋千斤顶、 床的进给装置、螺旋千斤顶、工装 夹具
二、码盘式位移测量的原理 用丝杠机构实现角位移和直线位移的运动转换， 用丝杠机构实现角位移和直线位移的运动转换，其转换关系 由丝杠的螺距决定， 由丝杠的螺距决定，这样可以通过测量角位移间接测量直线位 移。 装置上码盘有50对黑白相间的条纹 码盘每转一周，输出50 对黑白相间的条纹， 装置上码盘有 对黑白相间的条纹，码盘每转一周，输出 个脉冲，螺母位移一个螺距，本装置螺距5mm，即：螺母位移 个脉冲，螺母位移一个螺距，本装置螺距 ， 5mm。产生位移时，光电对管输出一列脉冲，对这一脉冲计数， 。产生位移时，光电对管输出一列脉冲，对这一脉冲计数， 可以测得位移。 可以测得位移。 脉冲当量δ： 脉冲当量 ：每一个脉冲代表的直线位移量 实验装置：码盘线数N＝ ，螺距L＝ 实验装置：码盘线数 ＝50，螺距 ＝5mm 脉冲当量δ： ＝ 脉冲当量 ： δ＝L/N＝0.1m数
位移测量的工作原理
位移测量的工作原理随着科技的不断发展，现代工程中需要进行精密测量的场合越来越多，其中之一就是位移测量。
位移测量是指测量物体的位置变化或距离变化的一种测量方法，是一种重要的工程测量方法。
本文将介绍位移测量的工作原理。
一、位移测量的定义位移测量是指测量物体在空间中的位置变化或距离变化的一种测量方法。
位移测量在工程领域中应用广泛，例如测量建筑物的变形、机器零件的运动、地震造成的地表位移等等。
二、位移测量的分类根据测量原理的不同，位移测量可以分为以下几种：1.机械式位移测量机械式位移测量是指利用机械原理测量物体的位移或距离变化的一种测量方法。
例如，利用螺旋测微器可以测量物体的微小位移，利用千分尺可以测量物体的距离变化。
2.光学式位移测量光学式位移测量是指利用光学原理测量物体的位移或距离变化的一种测量方法。
例如，利用激光干涉仪可以测量物体的微小位移，利用测距仪可以测量物体的距离变化。
3.电子式位移测量电子式位移测量是指利用电子原理测量物体的位移或距离变化的一种测量方法。
例如，利用电容传感器可以测量物体的微小位移，利用激光三角测距仪可以测量物体的距离变化。
三、位移测量的工作原理位移测量的工作原理可以根据测量方法的不同，分为以下几种： 1.机械式位移测量的工作原理机械式位移测量利用机械原理进行测量，其工作原理如下：（1）利用螺旋测微器进行位移测量的工作原理螺旋测微器是一种通过螺旋副传递位移的机械装置，其工作原理如下：将螺旋测微器的测头置于待测物体上，然后旋转测头，使螺旋副的螺距使测头上下移动，进而测量物体的微小位移。
（2）利用千分尺进行距离测量的工作原理千分尺是一种通过齿轮传递位移的机械装置，其工作原理如下：将千分尺的测头置于待测物体的两个端点上，然后通过千分尺上的齿轮组，使测头的位置发生变化，从而测量物体的距离变化。
2.光学式位移测量的工作原理光学式位移测量利用光学原理进行测量，其工作原理如下：（1）利用激光干涉仪进行位移测量的工作原理激光干涉仪是一种通过激光干涉测量位移的光学装置，其工作原理如下：将激光干涉仪的激光束照射到待测物体上，然后通过激光干涉的原理，测量物体的微小位移。
振动的测量(振动、位移)
§7.1 振动基础
§7.2 振动的激励
§7.3 振动测量传感器
§7.4 位移的测量
机械振动是普遍存在的物理现象 如：旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、结构刚度
各向异性、对中不良、润滑不良、支撑松动等 振动
• 机械振动大多数情况下有害：破坏机器正常工作，降低 其性能，缩短其使用寿命，甚至机毁人亡； • 机械振动还伴随着产生同频率的噪声，恶化环境和劳动 条件，危害人们的健康；
第四节 位移的测量
常用的位移传感器
形 式
电阻式 滑线式 线位移 角位移
测量范围
1~300 mm 0°~360°
精确度
±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5%
直线性
特
点
变阻器 线位移 1~1000 mm 0~60 rad 角位移 应变式 非粘贴式的 粘贴的 半导体的
±0.1% 分辨率较好，可用 ±0.1% 于静态或动态测量。 机械结构不牢固 结构牢固，寿命长， ±0.5% 但分辨率差，电噪声 ±0.5% 大 ±1% 满刻度 ±20%
第一节 振动的基础知识
位移
x A sin(t )
dx v A cos(t ) 超前90° dt dv a 2 A sin(t ) 2 x dt
速度 加速度
超前180°
在位移、速度和加速度三个参量中，测出其中之 一即可利用积分或微分求出另两个参量。
第一节 振动的基础知识
在振动测量时，应合理选择测量参数: 振动位移是研究强度和变形的重要依据；
加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重 要依据；
速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频 率范围内是由速度决定的。速度与能力和功率有关，决定了力 的动量。
位移测量方案
位移测量方案引言位移测量是一项重要的工程技术，在各个领域中都有广泛的应用。
通过测量物体在空间中的位移，可以用来分析结构的变形、判断机械设备的偏差、监测地壳的运动等。
本文将介绍几种常见的位移测量方案及其原理、应用和优缺点。
1. 激光干涉激光干涉是一种高精度的位移测量方法，基于光的干涉原理。
该方法利用激光束在被测物体上的反射或透射，通过干涉条纹的变化来测量物体的位移。
其原理是利用两束激光光束叠加产生干涉条纹，并通过测量干涉条纹的变化来确定位移的大小。
激光干涉位移测量的优点包括高精度、高灵敏度、非接触等。
它可以实现亚微米甚至纳米级的位移测量，适用于很多精密测量领域。
然而，激光干涉测量仪器较为复杂，而且对环境的要求较高，比如要求测量场景中无明显的震动和振动。
2. 拉线测量拉线测量是一种常见且简便的位移测量方案。
它通过在被测物体上安装一根细长的拉线，并通过测量拉线的伸缩变化来确定物体的位移。
一般情况下，拉线固定在物体的一个固定点上，而另一端连接到一个测量装置上，如传感器或机械测量仪器。
拉线测量的优点是简单易行、成本低廉，并且适用于一些不复杂的位移测量场景。
然而，由于拉线的伸缩变化受到重力、温度和机械松弛度等因素的影响，其精度和稳定性相对较差。
因此，在高精度和长期稳定性要求较高的位移测量场景中，拉线测量可能不够适用。
3. 压阻传感器压阻传感器是一种常见的位移测量传感器，也被广泛应用于工程领域中。
它通过测量材料电阻值的变化来确定物体的位移。
当物体受力或变形时，材料的电阻值会发生变化，并通过传感器转换为相应的电信号进行测量和记录。
压阻传感器的优点是结构简单、响应速度快、精度较高。
它可以用于各种场景下的位移测量，如机械设备的变形监测、土体的沉降测量等。
然而，压阻传感器在测量大位移或动态变化时，受到材料的线性范围和响应速度的限制。
4. 光栅尺光栅尺是一种基于光学原理的位移测量仪器。
它由一个具有特殊编码的光栅和一个读写头组成。
位移测量实验报告
一、实验目的1. 熟悉位移测量原理及方法。
2. 掌握常用位移传感器的性能特点及应用。
3. 培养实际操作能力，提高实验技能。
二、实验原理位移测量是指测量物体在空间位置的变化。
根据测量原理，位移测量方法主要分为直接测量法和间接测量法。
直接测量法：直接测量物体在空间位置的变化，如尺测法、光电法等。
间接测量法：通过测量与位移相关的物理量来间接计算位移，如电涡流传感器、霍尔传感器、差动变压器等。
三、实验仪器1. 电涡流传感器2. 霍尔传感器3. 差动变压器4. 数字示波器5. 螺旋测微器6. 计算机7. 数据采集卡四、实验内容1. 电涡流传感器位移特性实验（1）实验目的：了解电涡流传感器的原理与应用，掌握电涡流传感器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将电涡流传感器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析电涡流传感器位移特性曲线。
2. 霍尔传感器位移特性实验（1）实验目的：了解霍尔传感器的原理与应用，掌握霍尔传感器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将霍尔传感器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析霍尔传感器位移特性曲线。
3. 差动变压器位移特性实验（1）实验目的：了解差动变压器的原理与应用，掌握差动变压器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将差动变压器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析差动变压器位移特性曲线。
五、实验结果与分析1. 电涡流传感器位移特性曲线：随着传感器与被测物体之间距离的增加，输出信号逐渐减小，呈线性关系。
位移测量
§6.3 位移测量的应用
二、物位测量 物位测量： 在生产过程中常遇到大量的固体和液体物料堆放在场地上 或存放在容器中，占有一定的高度，此高度还可能是随时 间而发生变化。对此高度的测量称为物位测量。 液位测量、固体的料位测量、两种液体或液体与固体 间界面位置的测量均属于物位测量。
3
§6.2 常用的位移传感器
二、物位测量 ①沉筒式液位变送器 1－沉筒固定段 2－沉筒浮力段 3－测量弹簧 4－差动变压器 5－衔铁 6－密封隔离筒 7－沉筒室壳体
4
§6.2 常用的位移传感器
二、物位测量 ②电阻式液位计
1－电阻极棒 2－绝缘套 3－容器 4－电桥
2 2 2 L h L h R A A A
R K1 K2h
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第六章
位Байду номын сангаас测量
1
§6.1 概述
相关概念
位移： 指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是一个向量。 位移测量： 一般是在位移方向上测量物体的绝对位置或相对位置的变 动量。位移测量包括线位移和角位移的测量。
工程应用情况
①直接检测物体的移动量和转动量，如检测机床工作台的 位移、回转轴的径向和轴向运动误差等； ②通过位移测量，特别是小/极小位移的测量来反映其他 物理量的大小，如物位测量
位移测量
机 随位移量 x 的变化而变化。
机 电 ， 机 - 电 1.8 时，
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1、鉴幅型数字位移测量系统
工作原理说明如下：
机 电 ， 机 - 电 1.8 时，
此时定尺绕组输出的感应电压信号，经过放大器放 大后，将与门打开，时钟脉冲经过与门，有以下两 方面作用： 一是作用到可逆计数器，可逆计数器计一个数。 二是时钟脉冲作用到转换计数器，控制电子开关， 接通函数变压器，改变激磁电压信号的幅值，使
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四、感应同步器位移测量系统
对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁，其输 出信号的处理方式有:
鉴幅法 鉴相法 脉冲调宽法
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四、感应同步器位移测量系统
1、鉴幅型数字位移测量系统
根据感应电势的幅值变化来检测位移量 滑尺正弦、余弦绕组供同频率、同 相位但幅位不等的余弦激磁电压： 正弦绕组在定尺上产生感应电势为
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1、鉴幅型数字位移测量系统 系统的测量原理是采用零值法．即让
由式 E m K m U m sin( 机 电 ) 当滑尺每移动0.01mm，即
电 随 机 变化
当 机 电 时， e 0
机 1.8 时，
测量系统作加法计数，并进行显示。24ຫໍສະໝຸດ 1、鉴幅型数字位移测量系统
其幅值为：
E m K m U m sin( 机 电 )
总的感应电势e的大小与机械空间角有关，而又机械空间角 与滑尺机械位移量x 有关，所以通过测量e的大小，就能反 映出机械位移量x。
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1、鉴幅型数字位移测量系统
测量系统
系统由感 应同步器、 放大器、 逻辑种制 电路、函 数发生器、 显示计数 器、电源 及振荡器 等组成。
机械工程测试位移测量
3
环境干扰
噪声、振动和电磁干扰都可能影响位移测量的结果，应采取适当的屏蔽和过滤方 法。
未来位移测量技术的发展方向
未来的位移测量技术将越来越智能化、精确化和多样化。无线传输、自动校 准和远程监测将成为发展的关键方向。
位移测量在建筑工程中，用于监测结构的 变形和承载能力。
3 航空航天
4 医学科学
位移测量在航空航天中，用于检测飞机零 件的变形和振动。
位移测量在医学科学中，用于研究人体运 动、姿势和生物力学。
位移传感器的原理和分类
电阻式传感器
通过测量电阻值的变化来检测位移，适用于小 范围测量。
感应式传感器
利用自感现象来测量磁场的变化，适用于无接 触式测量。
机械工程测试位移测量
位移测量是机械工程中至关重要的环节。它涉及测量的基本原理、方法、应 用领域以及未来的发展方向，让我们一起探索吧！
位移测量的基本概念和原理
位移测量是测量物体位置变化的过程。它基于测量物体上点的位置，并将这些位置的变化转化为可视化 或数值化的结果。
常见的位移测量方法和技术
激光测距
电容式传感器
通过测量电容量的变化来检测位移，适用于精 密测量。
激光位移传感器
利用激光束测量物体与传感器之间的距离，适 用于远距离非接触测量。
位移测量的挑战和解决方法
1
温度影响
温度变化可能会影响位移测量的准确性，解决方法是温度补偿。
2
测量范围
不同的位移测量方法有不同的测量范围，合适的选择能提高测量的准确性感器
通过识别物体振动的频率和振幅，测量物体 的位移。
应变片测量
利用应变片的电阻变化测量物体的应变，广 泛应用于力学测试中。
编码器
测试技术 第七章 长度角度及位移测量
1、基本概念 • 形位误差：
– 形状误差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、 线轮廓度、圆轮廓度 – 位置误差：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、 对称度、位置度、圆跳动、全跳动
• 形位误差测量原则
– 与理想要素比较法：与理想要素比较，测量偏差值 理想要素：刀口尺等，见表8-2
– 测量坐标值法：用测量器具的精密坐标系测量被测 要素采样点的坐标值，计算后得到形位误差。 如：轮廓度、位置度的测量 – 测量特征参数法：测量被测要素的代表性参数，由 此确定形位误差值。 – 测量跳动法：实际被测要素绕基准要素回转，沿给 定方向对某点或线测出变动量。见图8-15
– 控制边界法：给出一个理想边界，要求被测实体不 得超出该理想边界。例如测同轴度，见图8-16
2、直线度误差的测量 • 测量方法：
– 与刀口尺、量块工作面、钢丝等实物基准比较 (木工用绳，切割石材用激光） – 用坐标测量机等绝对测量仪器直接测量采样点坐标 – 用水平仪、自准直仪间接测量
（1）用水平仪测量直线度误差
1. 角度单位 国际单位制的辅助单位：弧度（rad） 国家………：度（°）、分（’）、秒（”） 2. 角度的自然基准和圆周封闭原则 角度的自然基准是360 °圆周角。 圆周封闭原则：利用整圆周上所有角间隔的误差之和等于零的自 然封闭特性，进行测量方案的选定和数据处理，提高测量精度。
3. 实物基准
① 高精度度盘 ② 圆光栅 ③ 感应同步器
A 2 2
• 图8-1b）中，测量误差 1 s tan • 假设 s = 50 mm、φ=5”=0.000024 rad, • 则：Δ1=1.2 μm
常见的位移传感器
§2 长度尺寸的测量
一、内外尺寸的测量
1、直接测量法 ——将被测量直接与标准量进行比较。有固定零位。 A、绝对测量法： 测量装置的读数值就是被测量的长度值。 常用的工具有： 游标卡尺、千分尺、光学测量仪、激光干涉测长仪、双频激 光干涉仪、测长机、工具显微镜等。
位移测量的方法
位移测量的方法
1. 尺子测量法呀，这就像我们小时候量身高用的尺子一样！比如要量一下这个桌子移动了多远，就可以拿尺子去比一比嘛，简单又直接。
2. 激光测量法呢，可高级了！就像孙悟空的火眼金睛，能超精确地测量位移。
比如测量大桥上某个点移动的距离，激光一照，啥都清楚啦。
3. 物理标志物法也不错哦！就好比跑步比赛中设置的那些标志物，通过观察物体相对于标志物的位置变化来确定位移。
哎呀就像马路上的那些里程碑一样。
4. 影像分析法厉害吧！像看电影一样，一格一格地分析画面，从而得出位移。
比如说看一个球滚动的视频，就能用这个方法知道它滚了多远。
5. GPS 测量法，哇，现在不是到处都用 GPS 嘛，超级方便！就好似有个小侦探在跟着物体，随时报告它的位置变化呢。
比如追踪一辆车的行驶路径和位移，真的很实用呀。
6. 声波测量法也很牛啊！这不就像蝙蝠用声波来定位一样嘛。
像在一些特殊环境下，声波就能很好地测量位移哟。
7. 角度测量法挺有趣呢！就如同我们用指南针找方向一样，通过角度的变化来算出位移。
比如观察一个摆锤摆动的角度变化就可以知道它的位移啦。
8. 惯性测量法简直太妙啦！可以想象成一个人在凭感觉判断自己走了多远。
比如在一些没办法用其他方法的地方，惯性测量法就能大展身手咯。
我觉得这些位移测量的方法都各有各的厉害之处和适用场合，都值得我们好好去了解和运用呀！。
物理实验技术中的位移测量与数据处理
物理实验技术中的位移测量与数据处理在物理学领域中，位移的测量是非常重要的一项技术。
位移测量可以帮助研究者了解物体的运动规律，从而推断其它参数和研究物质性质。
本文将探讨物理实验技术中的位移测量与数据处理方法，以及其在实验中的应用。
一、位移测量方法1. 直接测量法直接测量法是最常见的位移测量方法之一。
它通过使用尺子、标尺或刻度盘等工具直接读取待测物体的位移值。
这种方法通常适用于静态系统或位移范围较小的系统。
然而，在需要高精度测量或位移范围较大的情况下，直接测量法可能并不适用。
2. 光学测量法光学测量法是一种非常常见和高精度的位移测量方法。
它利用光学原理，通过测量光的传播时间、光的干涉或光的散射等方式进行位移测量。
例如，拉曼光谱仪利用光的散射原理，测量物体的位移。
光学测量法非常灵敏且精度高，被广泛应用于各种实验中。
3. 电子测量法电子测量法是利用电子传感器对位移进行测量的方法。
常见的电子测量仪器包括位移传感器、电阻、电容和电感等。
位移传感器是一种常用的电子测量仪器，通过测量电阻或电容的变化来获取位移信息。
电子测量法具有灵敏度高、可靠性强的特点，广泛应用于实验室和工业领域。
二、位移测量的数据处理位移测量获得的数据通常是连续的时间序列数据。
为了更好地理解和利用这些数据，需要进行数据处理和分析。
下面介绍几种常见的位移数据处理方法。
1. 平均法平均法是最简单的数据处理方法之一。
它通过对一系列位移数据进行求平均值，以获得更准确的测量结果。
平均法适用于位移测量数据变动较小、噪声较大的情况下。
2. 曲线拟合法曲线拟合法是一种常用的位移数据处理方法。
它通过将实测位移数据与某种数学模型进行拟合，以获得位移规律和参数。
曲线拟合法可以用于分析非线性系统、探究位移规律等方面。
3. 快速傅里叶变换法快速傅里叶变换法（FFT）是一种用于分析位移信号频谱的常用方法。
它将连续的时域位移数据转换为频域上的振幅和相位等信息。
FFT可以帮助研究者发现位移信号中的频率成分、周期性等特征，从而更好地理解物体的运动规律。
7-位移的测量概述
当监测到油门踏板高度位置有变化，会 瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其 它系统传来的数据信息进展运算处理，计算 出一个掌握信号，通过线路送到伺服电动机 继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构。
由于电子油门系统是通过ECU来调整节 气门的，因此电子油门系统可以设置各种功 能来改善驾驶的安全性、舒适性、油耗及尾 气排放质量。
二、差动变压器式位移传感器构造类型与根本特性 1. 螺管型差动变压器
螺管型差动变压器由线圈绕组、可动 衔铁和导磁外壳组成。绕组由初、次级线 圈和骨架组成。
2023/10/14
2. Ⅱ型差动变压器 对称的Ⅱ型铁心上各有次级线圈绕组，中 间衔铁为平板型。这种差动变压器的灵敏度较 高，且初级线圈Q值很高时，输出特性曲线如 下图。其灵敏度与初始间隙成正比，δ0越大 ，灵敏度越小。
么电位计式位移传感器的工作原理是什么？其构造、特点、适用场
所如何？这就是我们本课题的任务目标。
2023/10/14
◆ 学问点 ¤ 了解位移传感器的根本工作原理 ¤ 把握位移传感器的根本测量方法 ◆ 技能点 ¤ 把握位移传感器的一般测量方法
2023/10/14
[相关学问] 电位器式传感器是将非电量如力、位移、 速度和加速度等的变化量变换成有肯定关系的 电阻值的变化，再通过对电阻值的测量到达对 上述非电量测量的目的。 电位计(器)式电阻传感器又分为线绕式和 非线绕式两种，它们主要用于非电量变化较大 的测量场合，如线位移、角位移等。
2023/10/14
模块七 位移的测量
课题一 课题二 课题三器 电涡流式位移传感器 光栅式位移传感器
2023/10/14
课题一 位移传感器
[任务导入]
传统发动机节气门〔油门〕操纵机构是通 过拉索〔软钢丝〕或者拉杆，一端联接油门踏 板〔加速踏板〕，另一端连接节气门连动板而 工作。这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏 准确性。
第七章 力压力和位移的测量.ppt
2.双边差动变压器测量技术
u2
u2L
u2R
dM 2 L1i(t ) dt
dM 2 R1i(t ) dt
(7- 5)
优点：1） 磁阻RM不变
2） 二次线圈与一次线圈交链的匝数差动变化。
N2L1 N2R1 (7 - 6)
M2L1 (N2L10 N2L1)N1 / RM M0 M M0 kmx M2R1 (N2R10 N2R1)N1 / RM M0 M M0 kmx
速度加速度物位厚度距离7力压力和位移的测量模拟测量电阻式传感器电感式传感器电容式传感器电阻式位移计电感测微仪电容测微仪液位计线位移角位移电涡流传感器光电传感器脉冲输出电涡流测微仪光电角度检测器数字测量感应同步器旋转变压器磁尺光栅脉冲编码器7力压力和位移的测量小位移的测量
7 力、压力和位移的测量
位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，位 移是矢量。
7.3.2 涡流式位移测量技术
涡流式：当金属导体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，在金属 导体内部会产生感应电流，由于这种电流在金属导体内是自身闭合 的，因此称之为涡电流或涡流。
电涡流传感器工作原理
电涡流效应演示
当电涡流线
圈与金属板的距
离x 减小时，电 涡流线圈的等效
电感L 减小，等 效电阻R 增大。 感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流
力、扭矩、应变 压力、温度变化
位移线 角位移
电参量 电信号
速度、 加速度
物位、厚度、 距离
机械工程中经常要求测量位移。 测量时应当根据不同的测量对象选择测量点、测量方向和测 量系统，其中传感器对测量精度影响很大，必须特别重视。
7 力、压力和位移的测量
线位移 角位移
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电阻应变式位移传感器 右图是一种悬臂梁一弹簧组合 式位移传感器。当测点位移传 递给测杆5后，测杆带动位移拉 簧4，使弹簧伸长，并使悬臂梁 2产生变形。因此．测点的位移 x为弹簧坤长量x2和悬臂梁自由 端位移量x1之和，即x＝ x1十 x2 。设悬臂梁的刚度为K1， 弹簧刚度为K2，考虑到悬臂梁 上的作用力和弹簧力上的作用 力相等，应有K2 x2 ＝ K1 x1 所以x =（K1+K2） x1/K2
物位的测量
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电感式位移传感器的性能及特点
型式 自感式 变气隙型 螺管型 差动变 压器 涡电流式 微动同步 器 ±10° 旋转变压 器 ±60°
测量范围 ±0.2mm 1.5～2mm ±0.08～ ±2.5～ 75mm* ±250mm * 精确度 直线性 ±1% ±3% ±1% ±3% ±0.5％ ±0.5% ±1～3% ＜3%
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电感式位移传感器
测量范围数毫米，分辨力0.1-0.5微米。 动态性能差，适于静态测量或准静态测量。
电涡流位移传感器
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• 优点：线性范围大，灵敏度高，结构简单， 抗干扰能力强；非接触测量。 • 适合用于测量旋转轴的振动和位移。 • 提升机制动器位移监测也使用该传感器
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第七章 位移测量
位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移 是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量 的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该 位移量在测量方向上的分量。 位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测 量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移 测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以 位移测量为基础的。 机械工程中经常要求测量位移。测量时应当根据不同的测 量对象选择测量点、测量方向和测量系统，其中传感器对测 量精度影响很大，必须特别重视。
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制动功能
制动闸盘
松闸功能
摩擦闸瓦
碟簧正压力
液压油压力
差动变压器式位移传感器
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差动变压器式位移传感器
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采用可变极间距的平板电容器 优点：非接触测量，灵敏度高， 分辨力好，能检测0.01微米的位 移，动态性能好。
测量实例一：回转轴运动误差测量
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回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位 置而出现的附加运动。
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轴向运动
径向运动
倾角运动
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• 运动误差使回转轴上任何一点发生与轴线平行的 移动和在垂直于轴线的平面内的移动。前一种移 动称为该点的端面误差运动．后一种移动称为该 点的径向误差运动 • 端面误差运动是轴向运动和倾角运动合成的结果， 径向误差运动则是纯径向运动和倾角运动合成的 结果。 • 端面误差运动因测量点所在半径位置不同而异， 径向误差运动则因测量点所在的轴向位置不同而 异。所以在讨论误差运动时，应指明测量点的位 置。
圆图像的处理和分析 总误差运动图像反映了误差运动的总体情况
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平均误差运动图像反映了某种倾向性的误差运动规律 采用包容法进行数值评定。
直角坐标图像的处理和分析
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采用极差、均方差、均值和标注差等统计方法进行数值评定。
注意（1）记录直角坐标图像时，必须同时记下每转运动误差信 号的起始标记。（2）在直角坐标图像中必须消除基准件安装偏 心的影响。
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电阻应变式位移传感器的性能及特点
型式 测量范围 精确度 直线性 特源自 非粘贴的 ±0.15%应变 ±0.1% ±1% 不牢固 粘贴的 ±0.3%应变 ±2%～3% ±1% 半导体的 ±0.25%应变 ±2%～3% 满刻度±20%
牢固，使用方 输出幅值大， 便，需温度补 温度灵敏性高 偿和高绝缘电 阻
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电阻式位移传感器
滑线式 型式 测量范围 变阻器
线位移
1～ 300mm* ±0.1%
角位移
0～360°
线位移
1～ 1000mm * ±0.5%
角位移
0～60r
精确度
±0.1%
±0.5%
直线性
±0.1%
±0.1%
±0.5%
±0.5%
特点
分辨力较好，可静态或 结构牢固，寿命长，但 分辨力差，电噪声大 动态测量。机械结构 不牢固
圆光栅 0～360° ±0.5角 秒
长磁尺 10-3～ 10000mm* 5μm/1m
圆磁尺 0～360° ±1角秒
模拟和数字混合测量 系统，数字显示(长光 栅分辨力可达1μm)
测量时工作速度可达 12m/min
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角度编码器的性能及特点 型式 测量范围 精确度 特点 接触式 0～360° 10-6r 分辨力好，可靠性高 光电式 0～360° 10-6r
0 ～360° 测量范 10-3 ～10000mm* 围 2.5μm/250mm 精确度 ±0.5角秒 特点 模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线 式感应同步器的分辨力可达1μm)
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光栅、磁栅式位移传感器的性能及特点
计量光栅 磁栅
型式 测量范围
精确度
特点
长光栅 10-3～ 1000mm* 3μm/1m
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• 在圆球形状误差可忽略的情况下， dx、dy 是圆球中心的位移在X，Y两方向上的分量。 换言之，由于偏心e的存在、由dx、dy可以 确定的是圆球几何中心的轨迹而不是回转 轴心的轨迹。实际上，在同一根轴上、以 相同条件运行(因而r(θ)应一样)，由于偏心e 的大小和方位不同．测得dx、dy亦不同。 为了尽量减小偏心对dx、dy的影响，使得 测量结果能更真实地反映r(θ)，就必须尽量 减小或消除e值。如果这样做有困难，那么 只有在同一偏心大小和方位的条件下测定 的结果彼此间才有可比性。
±1% ±0.05%
±1% ±0.1%
特点
只适用于 测量范围 分辨力 用于微小 较宽使用 好，受 位移测量 方便可靠，到磁场 动态性能 干扰时 较差 需屏蔽
分辨力好，非线性误差与变压比 受被测物 和测量范围有关 体材料， 形状加工 质量影响
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电容式位移传感器的性能及特点
型式 测量范围 精确度 变面积 10-3～1000mm* ±0.005% 变间距 10-5～10mm* 0.1%
电阻式位移传感器 滑线变阻式位移传感器
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YHD型滑线电阻式位移传感器由精密无感电阻8和滑线电阻 2构成测量电桥的两个桥臂。测量时，将测量轴1与被测物体 接触，当物体有位移时，测量头随之移动，与之相联的触头 3也就随着在滑线电阻2上移动，从而使电桥失去平衡，输出 一个相应的电压增量。测出此电压值，根据定度曲线就可 换算出位移量其分辨力最小可达0.01mm。
• 径向运动误差的测量方法
中国矿业大学机电学院
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• 径向运动误差的测量方法
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• 在一般情况dx+dy≠r(θ)、而只有当Sx( θ)、 Sy(θ)趋于零或己确知，由dx、dy才能确定 r(θ)。因此，如何消除或分离偏心e和基准球 的形状误差S就成为研究测量方法的重要任 务。 • 目前常采用形状误差远小于回转误差运动 的圆球来作为基准球，力求减小它对测量 结果的影响。当圆球形状误差和误差运动 大小同属于一数量级，则必需采用误差分 离技术来消除其影响。
直线性
特点
±1%
1%
受介电常数因环境温 分辨力很好，但测量范围 度，湿度而变化的影 很小，只能在小范围内近 响 似地保存线性
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霍尔元件位移传感器的性能及特点 测量范围 精确度 特点 ±1.5mm 0.5% 结构简单，动态特性好
感应同步器式位移传感器的性能及特点
型式 直线式 旋转式