第6章-位移测量 工程测试技术基础 教学课件
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《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
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
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
2020/10/16
13
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。
2020/ห้องสมุดไป่ตู้0/16
16
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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20
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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14
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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10
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11
工程测量学基础知识普及ppt课件
工程测量基础知识 交流会
xx
.
1
工程测量基础知识交流会
开会须知
请关闭手机 或把手机调至
震动状态
xx
.
2
工程测量基础知识交流会
开会须知
会议结束后 清理自己使用
过的垃圾
xx
.
3
工程测量基础知识交流会
开会须知
离开会议室前 把自己的座椅
恢复原态
xx
.
4
工程测量基础知识交流会
工程测量绪论 水准、角度、距离测量 工程控制测量 测量误差 地形图测量及应用 市政工程测量基础 测绘新技术（GPS,GIS,RS) 测绘工程收费简介——百科xx.7
工程测量绪论
本法所称测绘，是指对自然地理要素 或者地表人工设施的形状、大小、空间位 置及其属性等进行测定、采集、表述以及 对获取的数据、信息、成果进行处理和提 供的活动。
———《测绘法》
xx
.
8
工程测量绪论 测量学是研究地球的形状和大小以
及确定地面点位的科学。
把地上地下有的东西准确反映到图纸上 把图纸上有的内容准确反映到地上地下
xx
.
40
水准、角度、测距
竖直角测量原理:
（一）定义
地面某点至目标的方向 线与水平面之间的夹角，取 值范围为 –90~90。 仰角为 正，俯角为负。
（二）测角原理:
如图
xx
.
41
水准、角度、测距
距离:两标志点之间的水平直 线长度。
直线定线：把多根标杆标定 在已知直线的工作。方法有 目估定线和经纬仪定线。
水准、角度、测距 DS3水准仪及水准点
xx
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38
水准、角度、测距
xx
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1
工程测量基础知识交流会
开会须知
请关闭手机 或把手机调至
震动状态
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2
工程测量基础知识交流会
开会须知
会议结束后 清理自己使用
过的垃圾
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3
工程测量基础知识交流会
开会须知
离开会议室前 把自己的座椅
恢复原态
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4
工程测量基础知识交流会
工程测量绪论 水准、角度、距离测量 工程控制测量 测量误差 地形图测量及应用 市政工程测量基础 测绘新技术（GPS,GIS,RS) 测绘工程收费简介——百科xx.7
工程测量绪论
本法所称测绘，是指对自然地理要素 或者地表人工设施的形状、大小、空间位 置及其属性等进行测定、采集、表述以及 对获取的数据、信息、成果进行处理和提 供的活动。
———《测绘法》
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8
工程测量绪论 测量学是研究地球的形状和大小以
及确定地面点位的科学。
把地上地下有的东西准确反映到图纸上 把图纸上有的内容准确反映到地上地下
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水准、角度、测距
竖直角测量原理:
（一）定义
地面某点至目标的方向 线与水平面之间的夹角，取 值范围为 –90~90。 仰角为 正，俯角为负。
（二）测角原理:
如图
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水准、角度、测距
距离:两标志点之间的水平直 线长度。
直线定线：把多根标杆标定 在已知直线的工作。方法有 目估定线和经纬仪定线。
水准、角度、测距 DS3水准仪及水准点
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水准、角度、测距
《测量技术基础》PPT课件
如某一测量结果的相对误差为0001则其精度为105不精密随机误差大准确系统误差小精密随机误差小不准确系统误差大不精密随机误差大不准确系统误差大精密随机误差小准确系统误差小65确定测量误差的方法1逐项分析法要求具备与被测对象有关的专业知识物理过程数学手段对测量中可能产生的误差进行分析逐项计算出其值并对其中主要项目按照误差性质的不同用不同的方法综合成总的极限测量误差2实验统计法利用实际测量数据估算反映各种因素的实际综合作用反映出各种误差成分在总误差中所占的比重产生误差的主要原因减小误差应主要采取的措施应用数理统计的方法对在实际条件下所获得的测量数据进行分析处理确定其最可靠的测量结果和估算其测量误差的极限适用
分划板14 刻线尺7
光学计2 500+60.6+0.0075
立式接触式干涉仪：是一种高精度测微仪。
用接触式干涉仪测量时使用白光，即移出滤色片，使视 场中出现零级黑条纹。根据测头先后与标准件及被测件接触 时零级条纹位置间的距离，即可测得被测量相对于标准量的 偏差值。
例如检定量块：测头与标准量块接触时，零级条纹位于 a＝－l（格），测头与被检量块接触时，零级条纹位于a=+4 格，若仪器分辨力i=0.1um，则被测量块相对于标准量的中 心长度偏差为i×(a2-a1)=+0.5um
计量学研究的内容: *计量单位及其基准；标准的建立、保存和使用。 *测量方法和计量器具、测量不确定度、观测者进行测量的能力 以及计量法制和管理等。 *计量学也包括研究物理常数和物质标准，材料特性的准确测定。
十大计量
长度计量：
对长度计量的基本要求: 控制测量误差； 选择测量方法与测量器具； 分析误差产生的原因。
表类量具: 钟表式百分表、千分表(分度值为0.01~0.001mm )
分划板14 刻线尺7
光学计2 500+60.6+0.0075
立式接触式干涉仪：是一种高精度测微仪。
用接触式干涉仪测量时使用白光，即移出滤色片，使视 场中出现零级黑条纹。根据测头先后与标准件及被测件接触 时零级条纹位置间的距离，即可测得被测量相对于标准量的 偏差值。
例如检定量块：测头与标准量块接触时，零级条纹位于 a＝－l（格），测头与被检量块接触时，零级条纹位于a=+4 格，若仪器分辨力i=0.1um，则被测量块相对于标准量的中 心长度偏差为i×(a2-a1)=+0.5um
计量学研究的内容: *计量单位及其基准；标准的建立、保存和使用。 *测量方法和计量器具、测量不确定度、观测者进行测量的能力 以及计量法制和管理等。 *计量学也包括研究物理常数和物质标准，材料特性的准确测定。
十大计量
长度计量：
对长度计量的基本要求: 控制测量误差； 选择测量方法与测量器具； 分析误差产生的原因。
表类量具: 钟表式百分表、千分表(分度值为0.01~0.001mm )
现代检测技术及应用课件-数字式位移检测技术
U=U0+Umsin(2πx/W)
式中 U0—输出信号中的直流分量；Um—输出信号中正 弦交流分量的幅值；x—两光栅间的相对位移
将该电压信号放大、整形为方波，再由微分电路转换成脉 冲信号，经过辨向电路后送可逆计数器计数，就可得出位 移量的大小，位移量为脉冲数与栅距的乘积，测量分辨力 为光栅栅距W。
（5）位移方向的辨别
微动同步器的灵敏度大约为每度0.2~5V，测量范围约 ±5°~±40°，线性度优于0.1％。
3.角度编码器(Angular Encoder)
角编码器在结构上主要由可旋转的码盘和信号检测装置组成。
➢增量式 增量式编码器的输出是一系列脉冲，用一个计数装置对脉冲进 行加或减计数，再配合零位基准，实现角位移的测量。
➢绝对式 绝对式编码器的输出是与转角位置相对应的、唯一的数字码， 如果需要测量角位移量，则只需将前后两次位置的数字码相减 就可以得到要求测量的角位移。
常用的码盘主要有光电式和电磁式两大类。
3.数字式角编码器
⑴ 光电式绝对编码器结构与工作原理 光电式绝对编码器的码盘如图12-21所示
在360°范围内可编数码数 为24=16个，在圆周内的每 一个角度方位对应于不同 的编码 ，只要根据码盘 的起始和终止位置, 就可 以确定角位移
6.1 位移检测
位移(displacement) 是指物体或其某 一部分的位置相对参考点在一定方向上产 生的位置变化量。
位移是向量。因此位移的度量除要确定 其大小外，还要确定其方向。
6.1.1 位移检测方法
➢ 位移一般分为线位移和角位移。线位移测量包括 长度、厚度、高度、距离、镀层厚度等，角位移 包括旋转角、倾斜角、方向偏角等。
常用位移测量方法： （1）速度积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移转换法 （4）物理参数法
式中 U0—输出信号中的直流分量；Um—输出信号中正 弦交流分量的幅值；x—两光栅间的相对位移
将该电压信号放大、整形为方波，再由微分电路转换成脉 冲信号，经过辨向电路后送可逆计数器计数，就可得出位 移量的大小，位移量为脉冲数与栅距的乘积，测量分辨力 为光栅栅距W。
（5）位移方向的辨别
微动同步器的灵敏度大约为每度0.2~5V，测量范围约 ±5°~±40°，线性度优于0.1％。
3.角度编码器(Angular Encoder)
角编码器在结构上主要由可旋转的码盘和信号检测装置组成。
➢增量式 增量式编码器的输出是一系列脉冲，用一个计数装置对脉冲进 行加或减计数，再配合零位基准，实现角位移的测量。
➢绝对式 绝对式编码器的输出是与转角位置相对应的、唯一的数字码， 如果需要测量角位移量，则只需将前后两次位置的数字码相减 就可以得到要求测量的角位移。
常用的码盘主要有光电式和电磁式两大类。
3.数字式角编码器
⑴ 光电式绝对编码器结构与工作原理 光电式绝对编码器的码盘如图12-21所示
在360°范围内可编数码数 为24=16个，在圆周内的每 一个角度方位对应于不同 的编码 ，只要根据码盘 的起始和终止位置, 就可 以确定角位移
6.1 位移检测
位移(displacement) 是指物体或其某 一部分的位置相对参考点在一定方向上产 生的位置变化量。
位移是向量。因此位移的度量除要确定 其大小外，还要确定其方向。
6.1.1 位移检测方法
➢ 位移一般分为线位移和角位移。线位移测量包括 长度、厚度、高度、距离、镀层厚度等，角位移 包括旋转角、倾斜角、方向偏角等。
常用位移测量方法： （1）速度积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移转换法 （4）物理参数法
工程测量的基本知识PPT课件
B点坐标为（24.362，19.138）；
B
求：DAB
（xB,yB）
DAB( xBxA) 2( yByA) 2
DAB
A
( 2 4 . 3 6 2 - 1 3 . 1 4 7 ) 2 ( 1 9 . 1 3 8 - 1 7 . 2 8 7 ) 2 0 （xA,yA）
y
=11.367m
16.03.2021
4、ΔxAB>0，ΔyAB<0, αAB在第4象限，270°<αAB<360°
16.03.2021
.
28
第二步：根据αAB所在象限，选择正确的公式
x
4、ΔxAB>0，
ΔyAB<0
α AB
tan1
yB-yA xB-xA
3600 Ⅳ
1、ΔxAB>0，
Ⅰ
ΔyAB>0
αAB tan1
yB-yA xB-xA
➢ 施工阶段——建（构）筑物定位和细部放样测量
– 把建（构）筑物外轮廓各轴线的交点，其平面位置和高程在实地标 定出来，然后根据这些点进行细部放样。
➢ 工程竣工阶段——竣工测量
– 通过实地测量检查施工质量并进行验收，同时根据检测验收的记录 整理竣工资料和编绘竣工图。
➢ 变形观测
– 对设计与施工指定的工程部位，按拟定的周期进行沉降、位移与倾 斜等变形观测，作为验证工程设计与施工质量的依据。
– 在“1985国家高程基准”系统 中，我国水准原点（青岛观象山） 的高程为72.260m。
16.03.2021
.
13
➢ 绝对高程 (H)
地面点到大地水准面的铅垂距离。
➢ 相对高程 (H’)
地面点到假定水准面的铅垂距离。
第十九次课位移测量
应用测量学
第六节、位移测量
7.1 建（构）筑物主体倾斜测量 建筑物顶部与底部的相应点位不在设计的同一铅垂 线上时，称为倾斜。 △l 建筑物的倾斜可 N 倾斜时， 以通过测定△l 建筑物上的 N′ （直接法）或测 点有平移、 升降发生。 H 定△S（间接法） 来确定。
M
五系工测教研室
△S B
（ 1）
应用测量学
裂缝
有机玻璃板
上标钉位
指标线 (c)上标
(b)钉配图 方格网裂缝测量标志
（11）
应用测量学
金属标志 墙体 裂缝
(a)剖面图 图
(b)立面图 裂缝测量金属杆式标志
水泥钉
裂 缝 墙体 游标卡尺形式式标志
（12）
应用测量学
7.4 挠度测量
挠度测量的对象包括建筑物基础和建筑物主 体以及独立构筑物（如独立墙、柱等）。 建筑物基础的挠度测量：
五系工测教研室 （10）
应用测量学
7.3 裂缝测量
建筑物由于差异沉降和其它外界因素的影响，墙体 会产生裂缝。裂缝测量的任务是，在垂直于裂缝两侧 附近布设观测点，定期量测其宽度、长度、走向及发 展速度，以监视建筑物的安全。
聚脂薄膜 墙体 毫米方格网 x y 固定钉 指标线 下标钉位 (a)下标 图
五系工测教研室
应用测量学
设顶部点 C 相对于底部点 D 总的水平偏移分量为 ，则由图 (c)可得关系
B cos
B D A A
五系工测教研室
A cos
C
B (c)
（ 4）
应用测量学
2 2 A B 2 A B cos 联立求解得 sin
当建筑物或构件的顶部与底部之间可竖向通视时， 可用垂准法进行倾斜测量。 ①吊垂球法。在垂线下的底部固定读数设备（如毫 米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对于底 部观测点的水平位移量和位移方向。 ②激光铅直仪观测法。建筑物顶部安置接受靶，在 其垂线下的地板上安置激光铅直仪， 在接收靶上直接读 取水平位移量和位移方向。 ③激光位移计自动测记法。 ④正锤线法。
第六节、位移测量
7.1 建（构）筑物主体倾斜测量 建筑物顶部与底部的相应点位不在设计的同一铅垂 线上时，称为倾斜。 △l 建筑物的倾斜可 N 倾斜时， 以通过测定△l 建筑物上的 N′ （直接法）或测 点有平移、 升降发生。 H 定△S（间接法） 来确定。
M
五系工测教研室
△S B
（ 1）
应用测量学
裂缝
有机玻璃板
上标钉位
指标线 (c)上标
(b)钉配图 方格网裂缝测量标志
（11）
应用测量学
金属标志 墙体 裂缝
(a)剖面图 图
(b)立面图 裂缝测量金属杆式标志
水泥钉
裂 缝 墙体 游标卡尺形式式标志
（12）
应用测量学
7.4 挠度测量
挠度测量的对象包括建筑物基础和建筑物主 体以及独立构筑物（如独立墙、柱等）。 建筑物基础的挠度测量：
五系工测教研室 （10）
应用测量学
7.3 裂缝测量
建筑物由于差异沉降和其它外界因素的影响，墙体 会产生裂缝。裂缝测量的任务是，在垂直于裂缝两侧 附近布设观测点，定期量测其宽度、长度、走向及发 展速度，以监视建筑物的安全。
聚脂薄膜 墙体 毫米方格网 x y 固定钉 指标线 下标钉位 (a)下标 图
五系工测教研室
应用测量学
设顶部点 C 相对于底部点 D 总的水平偏移分量为 ，则由图 (c)可得关系
B cos
B D A A
五系工测教研室
A cos
C
B (c)
（ 4）
应用测量学
2 2 A B 2 A B cos 联立求解得 sin
当建筑物或构件的顶部与底部之间可竖向通视时， 可用垂准法进行倾斜测量。 ①吊垂球法。在垂线下的底部固定读数设备（如毫 米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对于底 部观测点的水平位移量和位移方向。 ②激光铅直仪观测法。建筑物顶部安置接受靶，在 其垂线下的地板上安置激光铅直仪， 在接收靶上直接读 取水平位移量和位移方向。 ③激光位移计自动测记法。 ④正锤线法。
工程测量学基础知识ppt课件
36
⒊圆曲线的详细测设
圆曲线一般每20m设置一个点，此时可在ZY（YZ）点设站，采用偏角法和切 线支距法（直角坐标法）两种方法进行测设。 ①偏角法测设圆曲线
圆曲线上的切线与弦线间的夹角δ称为弦切角或偏角。由几何原理知，偏角δ 为该弦所对圆心角α的一半。 δ= = （ -弧长） 由ZY点后视JD，拨δ角，量20m距离，定出第一点，依次拨2δ、3δ…由第一点 按20m的间距依次量距，至QZ点后与已测设的QZ点符合，当闭合差不大于下 列误差时视为满足精度要求： 横向误差 ±0.1m； 纵向误差 1/3000 当精度符合要求时，可将仪器搬到YZ点，用上述方法测设另一半曲线。
五、道路中线测量
34
35
例：某圆曲线半径R为1500m，转向角α为20°30′40″，JD的里程为DK15+108.086,计算圆曲线各主点的里 程。 根据公式计算而得:T=271.394；L=536.980；E=24.354；q=5.809。 则： JD= DK15+108.086 -)T -271.394 ZY= DK14+836.692 +)L/2 +268.490 QZ= DK15+105.182 +)L/2 +268.490 YZ= DK15+373.672 ⒉圆曲线主要点测设（在JD处设站时） ①将经纬仪安置在交点JD上，瞄准Ⅰ直（切）线方向上的一个转点ZD1，在视线方向上丈量出切线长T，即 得ZY点（我们将ZY至JD的切线称为Ⅰ直线，另一直线称为Ⅱ直线）。 ②再瞄准Ⅱ直（切）线方向上的一个转点ZD2（或者由Ⅰ直线方向拨180±α亦为第Ⅱ直线方向），沿视线方 向丈量切线长T，得YZ点。 ③将望远镜从切线方向拨 的角值，定出方向线，量出E的长度，即得QZ点。QZ点应从两个切线方向定出。
工程测试技术基础课件
高温炉温度测试案例
总结词
高温炉温度测试是材料科学和工程领 域中常用的测试方法，通过测量高温 炉内的温度分布和变化情况，评估材 料的热性能和加工工艺的可行性。
详细描述
在高温炉温度测试中，使用热电偶、 红外测温仪等温度测量设备，对高温 炉内的温度进行实时监测和记录。测 试结果可以为材料的研究和开发提供 重要参考。
智能化测试技术
智能化测试技术概述
01
智能化测试技术是一种基于人工智能的测试技术，通过机器学
习和数据分析等技术实现自动化测试和智能决策。
智能化测试技术的优势
02
智能化测试技术具有自动化、智能化和高效性等优势，能够提
高测试效率和精度，降低人力成本。
智能化测试技术的应用场景
03
智能化测试技术广泛应用于自动化生产线、智能制造、产品质
测试数据的处理与分析
数据预处理
对原始数据进行滤波、去
1
噪、归一化等处理，以提
高数据质量。
结果可视化
4
将分析结果以图表、曲线 等形式进行可视化展示， 便于理解和评估。
数据特征提取
2
从数据中提取出能够反映
被测物理量特性的特征值。
数据分析方法
3 采用统计学、模式识别等
方法对数据进行深入分析， 以得出有意义的结果。
网络化测试技术
网络化测试技术概述
网络化测试技术是一种基于网络的测试技术，通过互联网实现对 远程设备的测试和控制。
网络化测试技术的优势
网络化测试技术具有远程性、实时性和分布式等优势，能够实现跨 地域的测试和数据共享。
网络化测试技术的应用场景
网络化测试技术广泛应用于远程故障诊断、设备监控、物联网等领 域。
位移检测PPT课件
第22页/共48页
3. 光栅
光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和 反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。 从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移， 直线光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一 种应用比较广泛的透射式直线光栅。 光栅尺的结构 直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅或 长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光 栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透 明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相 等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.05~0.1mm 的间隙。
或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来 间接测量机床坐标的直线位移量，因此也称 为间接测量，作为半闭环伺服系统的位置反 馈用。
优点:是测量方便可靠、无长度限制。 缺点:是测量信号中增加了由回转运动 转变为直线运动的传动链误差，从而影响其 测量精度。
第3页/共48页
2．按其检测信号的选取分类 1)数字式测量
6.2 位移 速度 位置检测装置
位置检测装置是数控机床的重要组成部 分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要 作用是检测位移和速度，并发出反馈信号， 构成闭环或半闭环控制。
数控机床对位置检测装置的要求如下：
（1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）安装，维护方便，适合机床工作环境； （4） 成本低。
例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅 就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有 相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不 均匀造成的误差。 3. 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例
3. 光栅
光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和 反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。 从形状上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于测量转角位移， 直线光栅用于检测直线位移。两者工作原理基本相似，本节着重介绍一 种应用比较广泛的透射式直线光栅。 光栅尺的结构 直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅或 长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光 栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透 明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相 等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.05~0.1mm 的间隙。
或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来 间接测量机床坐标的直线位移量，因此也称 为间接测量，作为半闭环伺服系统的位置反 馈用。
优点:是测量方便可靠、无长度限制。 缺点:是测量信号中增加了由回转运动 转变为直线运动的传动链误差，从而影响其 测量精度。
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2．按其检测信号的选取分类 1)数字式测量
6.2 位移 速度 位置检测装置
位置检测装置是数控机床的重要组成部 分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要 作用是检测位移和速度，并发出反馈信号， 构成闭环或半闭环控制。
数控机床对位置检测装置的要求如下：
（1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）安装，维护方便，适合机床工作环境； （4） 成本低。
例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅 就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有 相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不 均匀造成的误差。 3. 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例
工程测试技术基础
1.什么是测试？具有试验性质的测量。
本课程主要研究动态测试。
2.画出测试系统的一般结构组成，并简单说明各部分所起的作用。
被测对象→传感器→信号调理→记录/显示↘信号分析与处理被测对象的信息蕴含在物理量中，这此物理量就是被测量，它们往往是一些非电量。
传感器是指能感受被测量，并按一定的规律将被测量转换成可用于输出信号的器件或装置。
例如:弹簧秤中的弹簧就是一个传感器(或敏感元件)，它将物体受到的作用力转换为弹簧的变形量，即位移量。
信号调理环节对传感器输出的信号进行调理或转换，以便于后续的传输、显示和分析等处理。
例如，信号的幅值调制将低频的测试信号转换为易于在传输通道中传输的高频信号。
记录/显示环节以观察者易于认识的形式来显示测量结果，或将测量结果存储。
要从测量结果中获得有用的信息，还需要信号分析与处理环节，例如相关分析、频谱分析等。
3.工程技术人员对物理量进行测试面对三个任务，分别是：①了解被测信号的特性②选择测试系统③评价和分析测试系统的信号。
4.SI制的七个基本量分别是：米、千克【公斤】、秒、安【培】、开【尔文】、摩【尔】、坎【德拉】，所对应的基本单位分别是：m、kg、s、A、K、mol、cd5.基准分三个等级，分别是：国家基准、副基准、工作基准。
精确度比较：国家基准>副基准>工作基准。
6.写出几种常见的测量方法分类：①直接测量和间接测量；②直接比较测量和间接比较测量；③接触测量和非接触测量；④等精度测量和不等精度测量。
7.什么是示值误差？测量器具的示值与真值之差。
示值误差越小，计量器具的精确度越大。
8.温度计的标尺起点值为-50℃，终点值为+60℃，则其标称范围为-50℃～+60℃，量程为110℃，引用值为60℃。
9.本文研究机械量的测量，写出10种你知道的机械量：力、速度、加速度、位移、振动、表面粗糙度、形位误差、温度、流体参量、声。
通常，我们利用传感器等将这些量转变为电量，该方法称为非电量的电测法。
工程测试-第六章位移测量
分辨力高，耐用，可测位移频 率只是激励频率的1/10，后续 电路复杂
性能稳定可靠，利用应变片和 弹性体结合测量角位移
自整角机 旋转变压器
360° 360°
±0.1°~± 7°
2′~5′
±0.5%
小角度时 0.1%
对环境要求低，有标准系列， 使用方便，抗干扰能力强，性 能稳，可在1200r/min下工作， 精度低，线性范围小
一．回轴轴误差运动的 测量
○ 回转轴误差运动是 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。
○ 径向误差运动的常 用测量方法
图 双向测量 法时的位移信 号分析
—基圆发生器 图 双向测量法
—位移测量仪；
—位移传感器 ；
T—位移传 感器；M— 位移测量仪； R—基圆发 生器； Mu—乘法 器
部分测量角位移的传感器的性能及特点。
型式
测量范围
精确度
线性度
特点
滑线变阻式
0°~360°
±0.1%
±0.1%
结构简单，测量范围广，存在 接触摩擦，动态响应差
变阻器
0~60转
±0.5%
差动变压器式
0°~±120 °
(0.2~2.0) %
应变计式
±180°
1%
±0.5% ±0.25%
耐磨性好，阻值范围宽，接触 电阻和噪声大，附加力矩较大
微动同步器
±5°~±4 0°
(0.4~1) %
±0.05%
分辨力高，无接触，测量 范围小，电路较复杂
电容式
70°
25″
圆感 编 码 器
接触 式
光电 式
0°~360 °
0°~360 °
0°~360 °
性能稳定可靠，利用应变片和 弹性体结合测量角位移
自整角机 旋转变压器
360° 360°
±0.1°~± 7°
2′~5′
±0.5%
小角度时 0.1%
对环境要求低，有标准系列， 使用方便，抗干扰能力强，性 能稳，可在1200r/min下工作， 精度低，线性范围小
一．回轴轴误差运动的 测量
○ 回转轴误差运动是 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。
○ 径向误差运动的常 用测量方法
图 双向测量 法时的位移信 号分析
—基圆发生器 图 双向测量法
—位移测量仪；
—位移传感器 ；
T—位移传 感器；M— 位移测量仪； R—基圆发 生器； Mu—乘法 器
部分测量角位移的传感器的性能及特点。
型式
测量范围
精确度
线性度
特点
滑线变阻式
0°~360°
±0.1%
±0.1%
结构简单，测量范围广，存在 接触摩擦，动态响应差
变阻器
0~60转
±0.5%
差动变压器式
0°~±120 °
(0.2~2.0) %
应变计式
±180°
1%
±0.5% ±0.25%
耐磨性好，阻值范围宽，接触 电阻和噪声大，附加力矩较大
微动同步器
±5°~±4 0°
(0.4~1) %
±0.05%
分辨力高，无接触，测量 范围小，电路较复杂
电容式
70°
25″
圆感 编 码 器
接触 式
光电 式
0°~360 °
0°~360 °
0°~360 °
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第六章、位移测量
湘潭大学机械工程学院
6.1 位移测量概述
a. 位移是线位移和角位移的统称。位移测量在机械工程
中应用很广，在机械工程中不仅经常要求精确地测量零 部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流 量等许多参数的测量，也是以位移测量为基础的。
b. 位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方 向。 一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真 实地测量出位移量的大小。如测量方向和位移方向不重合， 则测量结果仅是该位移在测量方向的分量。
测量范围 1~300mm①
0~360° 1~1000mm①
0~60r ±0.15%应变
应
变
粘贴的
式
半导体的
±0.3%应变 ±0.25%应变
变气隙型
±0.2mm
自感式
螺管型
1.5~2mm
电
差动变压器
感
式 涡电流式
同步机 微动同步器
特大型
300~2000mm① ±0.08~75mm① ±2.5~±250mm①
c. 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当 的测量点、测量方向和测量系统。位移测量系统是由位 移传感器、相应的测量放大电路和终端显示装置组成。 位移传感器的选择恰当与否，对测量精度影响很大，必 须特别注意。
常用位移传感器一览表
型式
滑线式 电 阻 式
变阻器式
非粘贴的
线位移 角位移 线位移 角位移
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4、光电脉冲式位移传感器
湘潭大学机械工程学院
不牢固
使用方便，需温度补偿
满刻度±20% ±3%
输出幅值大，温度灵敏性高 只宜用于微小位移测量
±0.5％ ±1~3% ±0.1°~±7°
±1%
0.15~1% ±0.5% ＜3% ±0.5% ±0.05% ±0.1%
测量范围较前者宽使用方便可靠，动态性 能较差
分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽 分辨力好，受被测物体材料，形状加工质 量影响 可在1200r/min转速工作，坚固，对温度 和湿度不敏感
结构简单，动态特性好
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)
同上(长光栅分辨力可达1μm) 测量时工作速度可达12m/min 分辨力好，可靠性高
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6.2 常用的位移传感器 3、差动变压器式位移传感器
e1 K 1e l1 e2 K 2el2 K 1 K 2 , l1 l2 e0 e1 e2 2 Ke l
0~360° 0~360° 0~360°
±0.005%
0.1%
0.5%
2.5μm /250mm ±0.5° 3μm/1m ±0.5” 5μm/1m ±1”
10-6r 10-6r
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±1%
受介电常数因环境温度，湿度而变化 的影响
分辨力很好，但测量范围很小，只能 在小范围内近似地保存线性
非线性误差与变压比和测量范围有关
常用位移传感器一览表
电
容
变面积
式
10-3~1000mm①
变间距
10-3~10mm①
霍尔元件
±1.5mm
感应 同步 器
计量 光栅
磁尺
角度 编码 器
直线式
旋转式 长光栅 圆光栅 长磁尺 圆磁尺 接触式 光电式
10-3~104mm①
0~360° 10-3~1000mm①
0~360° 10-3~104mm①
360° ±10°
旋转变压器
±60°
精确度 ±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5% ±0.1%
±2~3%
±2%~3% ±1%
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直线性 ±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5% ±1%
特点
分辨力较好，可静态或动态测量。机械结 构
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6.1 位移测量概述
a. 位移是线位移和角位移的统称。位移测量在机械工程
中应用很广，在机械工程中不仅经常要求精确地测量零 部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流 量等许多参数的测量，也是以位移测量为基础的。
b. 位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方 向。 一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真 实地测量出位移量的大小。如测量方向和位移方向不重合， 则测量结果仅是该位移在测量方向的分量。
测量范围 1~300mm①
0~360° 1~1000mm①
0~60r ±0.15%应变
应
变
粘贴的
式
半导体的
±0.3%应变 ±0.25%应变
变气隙型
±0.2mm
自感式
螺管型
1.5~2mm
电
差动变压器
感
式 涡电流式
同步机 微动同步器
特大型
300~2000mm① ±0.08~75mm① ±2.5~±250mm①
c. 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当 的测量点、测量方向和测量系统。位移测量系统是由位 移传感器、相应的测量放大电路和终端显示装置组成。 位移传感器的选择恰当与否，对测量精度影响很大，必 须特别注意。
常用位移传感器一览表
型式
滑线式 电 阻 式
变阻器式
非粘贴的
线位移 角位移 线位移 角位移
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4、光电脉冲式位移传感器
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不牢固
使用方便，需温度补偿
满刻度±20% ±3%
输出幅值大，温度灵敏性高 只宜用于微小位移测量
±0.5％ ±1~3% ±0.1°~±7°
±1%
0.15~1% ±0.5% ＜3% ±0.5% ±0.05% ±0.1%
测量范围较前者宽使用方便可靠，动态性 能较差
分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽 分辨力好，受被测物体材料，形状加工质 量影响 可在1200r/min转速工作，坚固，对温度 和湿度不敏感
结构简单，动态特性好
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)
同上(长光栅分辨力可达1μm) 测量时工作速度可达12m/min 分辨力好，可靠性高
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6.2 常用的位移传感器 3、差动变压器式位移传感器
e1 K 1e l1 e2 K 2el2 K 1 K 2 , l1 l2 e0 e1 e2 2 Ke l
0~360° 0~360° 0~360°
±0.005%
0.1%
0.5%
2.5μm /250mm ±0.5° 3μm/1m ±0.5” 5μm/1m ±1”
10-6r 10-6r
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±1%
受介电常数因环境温度，湿度而变化 的影响
分辨力很好，但测量范围很小，只能 在小范围内近似地保存线性
非线性误差与变压比和测量范围有关
常用位移传感器一览表
电
容
变面积
式
10-3~1000mm①
变间距
10-3~10mm①
霍尔元件
±1.5mm
感应 同步 器
计量 光栅
磁尺
角度 编码 器
直线式
旋转式 长光栅 圆光栅 长磁尺 圆磁尺 接触式 光电式
10-3~104mm①
0~360° 10-3~1000mm①
0~360° 10-3~104mm①
360° ±10°
旋转变压器
±60°
精确度 ±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5% ±0.1%
±2~3%
±2%~3% ±1%
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直线性 ±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5% ±1%
特点
分辨力较好，可静态或动态测量。机械结 构