精密位移检测系统
基于ATmega16的数字光栅位移测量系统
（．ｈ ２ ３ ｒｏｓ ｆＰ Ａ， ｉ ｄ ｏ２ ６ ０ ， ｈｎ ； ．ｆｈｒ Ｏｌ ｎ ｎｅ ｎ ． ｔ，ｉｎｉ ３ ０ ５ ， ｈ ａ １Ｔｅ９０ ８ｔ ｐ Ｌ Ｑｎ ａ ６ １０ Ｃ ｉ ２Ｏ ｓｏｅ ｉＥ ｇ ｅｒ ｇＣ ， ｄ Ｔａｊ ０４ １ Ｃ ｉ ； ｏ ｏ ｇ ａ ｆ ｉ ｉ ＯＬ ｎ ｎ ３Ｃ ｌ ｇ Ｉ ｏｍ ｔ ｎＳ ｉ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｏ ｅｎＵ ｉ ｒｔ Ｃ ｉ ， ｉｇａ ６ １０ ｈｎ ） ．ｏｌ ｅｏ ｎ ｒａｉ ｃ ｎ ｅａｄＥ ｇ ｅｉ ， ｃａ ｎｖ ｓ ｙｏ ｈｎ Ｑｎｄｏ２ ６ ０ ，Ｃ ｉａ ｅ ｆ ｆ ｏ ｅ ｎ ｎ ｅｉ ｆ ａ
关 键 词 ： ｔ ｇ ｌ ； 字 光 栅 尺 ； 触发 器 ；测 量 系统 Ａ ｍｅａ ６ 数 Ｄ
中图 分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ３１
文 献 标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）２ ０ ８ — ３ ６４ ６ ３ （０ １２ — １４ ０
Ｄｉｐ ａ ｅ ｎ ａ ｕ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｆ ｒｄ ｇｔ ｌ ｒ ｔ ｇ ｒ ｌｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｍｅ ａ ６ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｍｅ ｓ ｒｎ ｙ ｔｍ ０ ｉ ｉ ａ ｉ ｕ ｅ ａ ｅ ｎ Ａｔ ｇ １ ａ ｇ ｎ
莫 尔 条 纹 的运 动 ， 后 经 光 电转 换 成 脉 冲 信 号 输 出 ， 样 ， 然 这 我
们 只 要 记 录脉 冲信 号 的数 目 ． 以及 位 移 停 止 时 的 最 后 一 个 状
态 ， 可 以计 算 出位 移 量 的 大 小 ， 到 了 １ ｍ 的分 辨 率 。 就 达
Ａ ｍｅａ６是 Ａ Ｍ Ｌ公 司 的 生 产 的 性 价 比 比 较 高 的 单 Ｔ ｇ１ Ｔ Ｅ 片 机 。 Ｔ ｇｌ Ａ ｍｅａ６有 如 下 特 点 ： 节 的系 统 内可 编 程 Ｆａｈ １ ｋ字 ６ ｌ ｓ （ 有 同 时读 写 的 能 力 ， Ｒ 具 即 ＷＷ ）５ ２字 节 Ｅ Ｐ Ｏ ｌｋ字 ，１ Ｅ Ｒ Ｍ。 节ＳＡ ３ Ｒ Ｍ，２个 通 用 Ｉ 口线 ，２个 通 用 工 作 寄 存 器 ． 于边 ， Ｏ ３ 用
第6章 位移的检测
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
基于位置编码的位移检测系统及检测方法与相关技术
本技术涉及一种基于位置编码的位移检测系统及检测方法，由固定有位置编码尺的工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成。
本技术运用面阵CCD传感器采集工作台上位置编码尺在移动方向上起止位置的两幅编码图像，对编码图像进行校正、滤波、边缘提取等图像处理，以及解码和定位计算，获取工作台的位移。
本技术通过成像系统和CCD传感器进行非接触式位移测量，结构简单，易于小型化；编码简单，抗干扰能力强、易于加工和安装；以编码位“1”值刻线的不同宽度表示不同的编码周期，从而扩大了位移测量范围，且仍能保证位移测量的精度。
位移检测系统具有制造成本低廉，操作简单，测量精度高的特点。
权利要求书1.一种基于位置编码的位移检测系统，由工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成，其特征在于：工作台侧面固定有位置编码尺，位置编码尺尺面和工作台的移动方向平行，其上刻线垂直于工作台的移动方向；光学成像系统固定在工作台侧方，光学成像系统的光轴垂直于工作台上的位置编码尺尺面，并使之处于光学成像系统的物平面，即光学成像系统将位置编码尺尺面成像在像平面；面阵CCD传感器安装在光学成像系统的像平面位置，其横向与工作台移动方向平行，即位置编码尺上刻线的像平行面阵CCD传感器的纵向；面阵CCD传感器通过接口与图像采集卡连接；2.按照权利要求1所述的一种基于位置编码的位移检测系统，其特征在于：在编码尺上以位置码的起始位置表示不同的空间位置，在编码尺上以宽度L分割成连续的编码位，在每个编码位上选“0”或“1”两种编码，以空白即无刻线，表示编码“0”；以黑色刻线表示编码“1”，此刻线为“1”值刻线，“1”值刻线起始边与编码位的起始边对齐；宽度为b。
n个连续的编码位组成一个位置码，其码值为n个编码位对应的二进制值所组成的编码值Ci，它对应的标称值Xi表示该位置码与零位置码起始位置间的距离与L的比值，以T个位置码为一个周期，每个周期内的编码值序列相同，每个周期对应相同测量长度0～LT，每个周期所需码位长度为LT+n-1，g个周期码尺的编码长度为gLT+n-1。
基于Stm32控制器的LVDT位移测量系统设计(终稿) - 用于合并讲解
课程设计报告题目：基于STM32的LVDT位移测量系统设计姓名：余樾班级：09011301学号：2013302132西北工业大学自动化学院基于STM32的LVDT位移测量系统设计任务书1．设计目的与要求设计一个基于STM32控制器的LVDT数字测量系统设计，要求认真并准确地理解有关要求，按组完成系统设计，具体设计要求如下：（1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度：38mm，0.5%。
（2）LVDT信号的调制与解调，测量数据存储功能，掉电不丢失；（3）4位八段码实时数据显示；（4）通过RS232通信接口与上位机进行数据通信；（5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。
2．设计内容（1）查阅资料，熟悉设计内容；（2）根据设计要求选择传感器，确定系统方案和主控芯片；（3）根据系统方案分别设计单元电路；确定元器件及元件参数；（4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。
3．编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得体会。
目录1. 引言 (1)2. 设计方案 (2)2.1. 任务分析 (2)2.2. 设计思路 (2)3. 详细设计 (3)3.1. 主控制器模块 (3)3.1.1. 微处理器电路 (3)3.1.2. 电源模块 (5)3.1.3. JTAG/SWD电路 (5)3.2. LVDT传感器的测量原理与电路设计 (6)3.2.1. LVDT传感器的测量原理 (6)3.2.2. LVDT传感器电路的设计 (6)3.3. 显示模块 (9)3.4. 串口通信模块 (10)3.5. 存储模块 (10)4. 总结与体会（不宜过长） (11)附录1 MAX7219 (14)附录2 I2C总线 (16)基于STM32的LVDT位移测量系统设计摘要: LVDT可以用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。
具体还可以用在机床工具和液压缸的定位，以及辊缝和阀门的控制等。
LVDT还有无摩擦测量、无限的机械寿命、坚固耐用、环境适用性等优点，这使它应用范围也非常广泛。
传感器与检测技术 项目3
目录
任务一 高精度位移传感器的应用
2.互感型电感传感器 互感型电感传感器的原理是电磁感应中的互感现象，如图3-8所示， 当初级线圈输入交流电时，次级线圈会产生电动势e，其大小与输入电 流的变化率成正比，即 式中，M为互感系数，与两个线圈相对位置及周围介质的导磁能力 等因素有关，表明两个线圈之间的耦合程度。
任务一 高精度位移传感器的应用
电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中
厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各
置放一块面积相等，与带材距离相等的极板，这样极 板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用 导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个 极，其总电容为C1+C2，如果带材的厚度发生变化， 将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出 来，经过放大即可由电表指示测量结果。
目录
任务一 高精度位移传感器的应用
音频信号发生器产生的音频信号，接入变压器T 的原边线圈， 变压器副边的两个线圈作为测量电桥的两臂，电桥的另外两桥臂 由标准电容C0 和带材与极板形成的被测电容Cx(Cx= C1+C2)组成。 电桥的输出电压经放大器放大后整流为直流，再经差动放大，即 可用指示电表指示出带材厚度的变化。
（3-8）
在这种情况下，电容的实际相对变化量为
C Ce C 2 Ce 1 LC
目录
任务一 高精度位移传感器的应用
2）测量电路 （1）调频测量电路
调频电路的测量原理
目录
任务一 高精度位移传感器的应用
传感器的电容作为振荡器谐振回路的一部分，当输入 量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率也随之发生 变化，其输出信号经过限幅、鉴频和放大器放大后变成输 出电压。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断 被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正， 因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变 化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。图中 调频振荡器的振荡频率为
对式精密位移传感器的原理及其在机器人技术中的应用
对式精密位移传感器的原理及其在机器人技术中的应用摘要：本文探讨了对式精密位移传感器的原理以及其在机器人技术中的广泛应用。
本文将详细介绍不同类型的对视精密位移传感器，包括其工作原理、优势和局限性。
此外，还探讨了在机器人领域中，位移传感器的各种应用，如自动导航、精确定位和环境感知等。
最后，总结了对视精密位移传感器在机器人技术中的重要性。
关键词：对式精密位移传感器、机器人技术、测量、自动导航、环境感知1.引言在当代科技领域，机器人技术的快速发展已经在多个领域产生了深远地影响，从工业自动化到医疗保健，再到日常生活。
机器人的广泛应用正在改变我们的生活方式和工作方式，以及我们对自动化、智能化和精确性的期望。
在这个发展浪潮中，对视精密位移传感器作为一项关键技术，不仅推动了机器人技术的进步，还为各种机器人应用提供了高精度的位移测量。
位移传感器通过测量物体的位置和位移，使机器人能够实时感知和掌握其环境，从而实现更高水平的自主决策和执行任务。
机器人领域的研究人员和工程师一直在努力开发不同类型的位移传感器，如电容型、电感型和光电型传感器，以满足不同应用领域的需求。
这些传感器不仅具有高精度和可靠性，还能够在各种环境条件下工作，包括恶劣的工业环境和卫生要求严格的医疗环境。
2.对式精密位移传感器原理2.1电容型传感器电容型传感器是一种常用于测量位移的精密传感器。
其原理基于电容的变化，通过测量电容的变化来确定物体的位移。
这种传感器通常由两个电极构成，它们之间充满了电介质，如空气或绝缘体。
电容型传感器的原理基于电容与电极间距和电介质介电常数之间的关系[1]。
在电容型传感器中，两个电极分别与被测对象和一个参考电极相连。
当电流通过电容型传感器时，它会在电极之间建立一个电场。
这个电场的强度与电极之间的距离以及电介质的介电常数有关。
当物体靠近或移开电容型传感器时，电极之间的距离会发生微小变化，从而导致电场的强度发生变化。
这种微小的电场变化被传感器检测到，通常通过测量电容的变化来确定。
精密带钢弯曲变形在线自动检测系统的研制
（ 东莞理工学 院
邓君
黄 泳 波
５ ３０ ） ２ ８ ８
机械工程学 院 ，广东东莞
摘 要 ： 密带钢在 热处理 生产的过程 中，往往 需要停 下设备 来对 带钢 的弯 曲变形进行 人工拉 线检测 ，通 精
过 Ａ Ｃ定 时采 集位移 传感器产生的数据 ，并 由 ＭＣ Ｄ Ｕ处理 、记 录，可以实现对 带钢 弯 曲变形的在线 自动检 测 ， 通过试 验验 证该在线检测 系统 可以有效地提 高检 测精度和带钢 生产效 率，并实时建立起 带钢 弯曲 变形数据库。 关键词 ：精 密带钢 ；弯 曲变形 ；在线检测 ；位移传 感器
不合 格产 品 ，需要 进行 消差处 理 。
表 １ 采 用 不 同检 测 方 式 测 得 的最 大 偏 差 数 ｉｎ ｎ
第ｌ ９卷第 １ 期
２ 年 ０１ ２ ２ 月
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＯＮＧ ＧＵＡＮ Ｕ ＶＥＲＳＴ Ｆ Ｔ ＨＮＯＬ ＧＹ 报
Ｖ１１ Ｎ ． ０ ９ ｏ１ ．
Ｆ ｂ ｅ ． ２ １ ０ ２
精 密 带 钢 弯 曲变 形 在 线 自动 检 测 系 统 的研 制
程 中 ，对 带 钢 的弯 曲形变往 往 采用 比较 原始 的拉 线 目测 方法 。该 种检测 方 式需 要把 生产 线停 下来 ，进 行 抽样 检测 ，导致检 测 过程严 重 影 响生产 效率 ，而且要 求有 熟 练 的技 术人 员 操作 方可 以生 产 出合格 的精 密 带钢 产 品 ，抽 样检 测 的方式 也会 出现 有 些带 钢 弯 曲变 形 较 大 的地 方 没 有 检 测 到 的情 况 ］ 。为 此 我们 经 过在 企业 生产 一线 的反复调 查 和考证 ，研制 出 了精密 带钢 弯 曲变形 在线 检 测 系统 。
基于三维精密位移工作台的显微图像拼接测量系统
８ ０２ ３ ０ ．１ ０２ ３ ．１ ０７ ３ ．４
９ ９ ３ ９． ８ ９ —． ２ ００ ６ １ １ ．９ ０
为进一步验证移动工作 台的大尺 寸样 件的图像测量精 度 ，
对刻 线 间距 为 ｌ ｍ、长 度为 ２ ０ 的一等 标 准 玻璃 线 纹 尺 ｍ ０ ｍｍ
１ｍ ０ ｍ和 ３ ｍｍ两个量级的刻度分别进行 了 １ ０ ０次测量 ，测 量结
将被测物不 同部分进行多场摄像 ， 图像拼接根据多 幅图像 积无缝无特征显微图像拼接测量系统。
间 相 约 关 ， 多 单 图 统 到 个 标 之 ， ２ ０ 系统 的设计 的 互 束 系 把 幅 元 像 一 一 坐 系 下从 量
★来稿 日 ： １ —４ ２ －基金项 目： 自然科学基金项 目（ １０ １ ２ ， 期 ２ １０—５ ｋ ０ 国家 ５０６ ３ ） 湖北省 自 然科学基金项 目（０ ９ Ｄ Ｏ ２２ １Ｃ Ｂ １０ ） ２ ｏ ｃ Ａ ３ ，０ ０ Ｄ ０ ８ １
果， 如表 ３所示 。 表 ３ 移 动 工作 台测 量 大 尺寸 结 果 （ 单位 ： ） ｕｍ
若水平工作台的 ｘｙ ． 向分别与 Ｃ Ｄ的相应方 向平行 ， Ｃ 则拼
接 比较容易 。 实际上 ， 水平工作台的 向和 Ｙ向与 Ｃ Ｄ的 向和 Ｃ ｙ向存在着一定 的角度 和 ， 如图 ４所示 。假设工作 台要从 ０ 点移动到 Ｐ点 ， 则可通过 Ｐ点作 ０ ＂的平行线交 Ｄ １ Ｐ 点 ， ｔ ２ 尸 于 ｌ 从
ｌｔ ｗ ｍａｒ ｓｍａ ｌｌｎｔ ｇｓｅｅ Ｄ ｎ ｌｅｗｋｂｓ ｔｌ ｅ ｆ ｓ ｎ ｅｕ ｇｙｅ ｄａｕ ｉ ｅｎｅｂｗ ｎ Ｃ ｄｅｌｏｔｌ ｉ ｓ ｉ ｄ。｛ ｉｏ ｓｉ ｓｔ ｎ ｃｃａ ｇｈａｌ ｔｅＣ ａ ｖ ｒａｅ ｓ ａ ｓ ｎ ｔ ｅｂ ｈ
深亚微米精度电感位移传感器及测量电路研究
Ｅ ＥＡＣ ７ ３ ７ １ Ｊ Ｃ： ２ ０； ３ ０
深亚微米精度 电感位移传感器及测量 电路研究
刘 晓 ， 赵 辉 ， 刘伟文 ， 俞 朴
（ 上海交通大学检测技术及仪器系 ， 上海 ２ ０ ４ ） ０ ２０
摘 要 ： 针对传统电感传感器及其测量系统难于同时满足测量精度和采样速度的现状， 提出一种适合动态位移超精测量方
方法 ， 采用集 成化 的信号 调理 电路 、 于单 片机 的测 基 量 电路 和 强 大 的 测 量 软 件 系 统 ， 态 响 应 达 １０ 动 ０ Ｈｚ测 量精度 可 以达 到 ０ ０ ｍ， ， ．１ 同时 本 仪 器 具 有 丰 富的键盘 和显示 功能 ， 实现 了友好 的人机 交互．
（ ｐ ｒｍｅｔ ｆ Ｉｓｒｍｅｔｔ ｎＥ ｇｎｅｉｇ，Ｓ ａ ｇ ａ ｉｏＴ ｎ ｎｖ ｒｉ Ｄｅａｔ ｎ ｎｔｕ ｎａｉ ｎ ｉｅｒｎ ｏ ｏ ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｏ ｇ Ｕ ｉｅｓ ｙ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｊ ｔ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ ， ｈｎ ） ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｉ ｅ ｔｔ ｅｅ ｉｔ ｇ ｃｒ ｕ ｔｎ ｅ ｈ ｔｔａ ｉｉｎ ｌｉｄ ｃｉｅｄｓ ｌｃ ｍｅ ｔｓ ｎ ｏ ｓａ ｄ ｉ ｅ ｓ ｓｒ ｃ ： ｍ ｄ ａ ｈ ｘ ｓｉ ｉｃ ｍｓａ ｃ ｓｔ ａ ｒ ｄｔ ａ ｎ ｎ ｔｖ ｉｐａ ｅ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｍ ａ — ｎ ｏ ｓ ｕ ｉｇ ｓ ｓｅ ｓｃ ｎ ｎ ｔｓ ｔｓｙ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｈ ｉ ｒ ｃｓｏ ｎ ｎ ｓ ｍ ｐｉｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ａ ｅ ｎ ｒ — ｒ ｙ ｔｍ ａ ｏ ａ ｉｆ ｅ ｕｒ ｎ ｅ ｎ ｓ ｂ ｔ ｎ ｐ ｅ ｉｉｎ ａ ｄ ｉ ａ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ，ｔ ｅｐ ｐ ｒｉｔｏ ｎ ｄ ｃ ｓａｍ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｏ ｏ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉｎ ｄ ｎ ｍ ｉ ｉｐ ａ ｅ ｅ ｔｍｅ ｓ ｒｎ ． Ｕｓｎ ａ＆ｂ ｉｇ ｎ ｕ ｔ ｅ ｕ ｅ ａ ｕ ｉｇ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｒｈｇ — ｒｃｓｏ ｙ ａ ｃｄｓ ｌｃｍ ｎ ａ ｕ ｉｇ ｉｇ ｈ ｌ ｒｄ ｅｉ ｄ ｃ ｉ ｖ ｓ ｎ ｏ ｓａ ｒ ｂ ｓ ａ ｉ ｇ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｓｇ ａ— ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｃｒｕ ｔａ ｄ △ ∑ Ａｎ ｌｇ ｔ － ｇ ｔｌｃ ｎ ｅ ｔｒ ｈ ｅ ｓ ｒ ｓｐ ｏ ｅ ，ｂ ｓｎ ｎ ｉｔｇ ａｅ ｉ ｎ ｌ ｏ ｅ ｓｎ ｉｃ ｉ ｎ ｐ 一 ａｏ －ｏＤｉｉ ｏ ｖ ｒｅ ，ｔ ｅ ａ
电感式位移传感器的设计(9页)
电感式位移传感器的设计（第1页）一、设计背景位移传感器在现代工业生产中扮演着重要角色，广泛应用于机械制造、自动化控制、航空航天等领域。
电感式位移传感器作为一种常见的位移检测装置，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
本文将详细介绍电感式位移传感器的设计过程。
二、工作原理电感式位移传感器是基于电磁感应原理设计的。
当传感器中的激励线圈通以交流电流时，会在周围产生交变磁场。
当被测物体（通常是金属目标物）进入该磁场并发生位移时，会导致磁路的磁阻发生变化，进而引起线圈感应电动势的变化。
通过检测感应电动势的变化，即可实现对位移量的精确测量。
三、设计目标1. 确保传感器具有较高的测量精度和分辨率；2. 提高传感器的线性度和稳定性；3. 优化传感器结构，使其便于安装和维护；4. 降低成本，提高传感器的性价比。
四、传感器结构设计1. 激励线圈设计（1）线圈的匝数：匝数越多，产生的磁场强度越大，但线圈电阻也会增加，导致功耗增大。
因此，需在磁场强度和功耗之间寻找平衡。
（2）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料，以提高线圈的性能。
（3）线圈的形状：根据实际应用场景，设计合适的线圈形状，使其在有限的空间内产生较强的磁场。
2. 检测线圈设计（1）线圈与激励线圈的相对位置：确保检测线圈能充分感应到激励线圈的磁场变化。
（2）线圈的匝数：匝数越多，感应电动势越大，但线圈电阻也会增加。
需在灵敏度与功耗之间进行权衡。
（3）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料。
电感式位移传感器的设计（第2页）五、信号处理电路设计1. 激励信号源（1）频率选择：激励信号的频率应适中，频率太低会导致灵敏度下降，频率太高则可能引起电磁干扰。
（2）幅值稳定：确保激励信号幅值稳定，以减少测量误差。
2. 感应电动势检测感应电动势的检测是位移测量的关键步骤。
检测电路设计如下：（1）放大电路：由于感应电动势信号较弱，需通过放大电路对其进行放大，以便后续处理。
衍射光栅超精密位移定位检测新方法
衍射光栅超精密位移定位检测新方法时轮;王池平;王鹤;许黎明;陈家宝【摘要】光栅干涉仪测量是精密位移检测系统中常用的检测方法,具有较高的检测分辨率.为进一步提高光栅干涉仪位移检测分辨率,通过对光栅干涉条纹信号的分析,提出了一种基于衍射光栅相位移动的超精密位移定位检测新方法.采用衍射光栅作为测量元件,通过在经典的衍射光栅位移检测系统中加入光电传感器的相位运动,改变衍射光栅系统的接收相位.其方法是调整光栅干涉仪系统,使得传感器接收视场中只有两个条纹;在目标定位运动台的最后定位阶段,使接收系统的光电传感器在检测视场的两个干涉条纹间进行移动,即改变了光栅干涉仪的接收相位.这种位移检测方法突破了检测元件本身的物理限制,在理论上可以获得亚纳米级以上的超高位移检测分辨率.依据相位移动原理,搭建了具有相位移动功能的光栅干涉仪超精密位移检测定位系统.通过定位检测试验证明了所提方法的有效性.%The grating interferometer measurement is the commonly used detection method for precision displacement detection system,and it features higher detecting resolution;in order to further improve the detecting resolution,through analyzing the interference fringe signal of grating,a new method based on diffraction grating for ultra precision displacement detection and positioning is proposed.By adopting diffraction grating as the measuring component,through adding phase movement of photoelectric sensor into the diffraction grating displacement interferometer system,the receiving phase of the diffraction grating system is changed.With this method,the interferometer system is adjusted to only have two fringes,in the final positioning stage of the target positioning motion bench;the photoelectricsensor in the receiving system is moving between two of the interference fringes,so the receiving phase of the grating interferometer is changed.This method breaks through the physical limitations of the detecting component;theoretically,the detection resolution above sub-nanometer can be obtained.In accordance with the principle of phase moving,the grating interferometer ultra-precision displacement detection positioning system with phase shift function is set up.The effectiveness of this method is proved through positioning detection tests.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】3页(P55-57)【关键词】精密制造;光电传感器;光栅;干涉仪;衍射;位移检测【作者】时轮;王池平;王鹤;许黎明;陈家宝【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TH822;TP206+.1超精密定位检测技术在现代精密制造和精密装备领域占有重要地位，其技术主要应用于激光干涉仪位移检测系统和精密光栅测长系统。
比较常用的精密测量仪器有哪些？
比较常用的精密测量仪器有哪些？现在的工厂生产都是越来越向着自动化发展，因此精密仪器的测量也向着自动化的方向发展，自动化的在线检测设备更适用于生产现场使用，同时也使得检测更精准，而且是在线测量。
精准的测量仪器是需研发的重要设备，精准的测量是高质量生产的基础，也是以精准测量后的产品为基础制造更精密设备的重要原材料。
一、X射线面密度测厚仪1、典型应用：1）锂电池正极涂布，锂电池隔离膜涂布、纸张的面密度测量。
2）应用在锂电池涂布工序时，该设备可放置于涂布机放卷后、涂布头前，测量待涂布基材的面密度；3）也可以放在烘箱外、收卷前、测量已烘干的极片面密度。
2、产品亮点：1)大理石O型架结构，保证长期稳定不变形；2)相比国内设备，最大扫描速度可达25m/min；3)辐射屏蔽效果＜1uSv/h；4)进口高精度电离室：测量精度高达±0.25‰；5)可与涂布机形成闭环控制；二、β射线面密度测量仪1、典型应用：1）锂电池正极、负极涂布，锂电池隔离膜涂布、纸张的面密度测量。
2）应用在锂电池涂布工序时，该设备可放置于涂布机放卷后、涂布头前，测量待涂布基材的面密度；3）也可以放在烘箱外、收卷前、测量已烘干的极片面密度。
2、产品亮点：1)大理石O型架结构，保证长期稳定不变形；2)相比国内设备，最大扫描速度可达25m/min；3)辐射屏蔽效果＜1uSv/h；4)进口高精度电离室：测量精度高达±0.25‰；5)可与涂布机形成闭环控制；三、激光在线测厚仪1、测量应用锂电池正负极辊压的厚度测量。
应用在锂电辊压工序时，可放置在压制辊后、收卷前，测量压制后的极片厚度；应用在涂布工序时，可放置在涂头后、烘箱前，测量涂布湿膜的厚度；也可以放置在烘箱后、收卷前，测量干极片的厚度。
2、优势：它采用的是非接触的测量，1）相对接触式测厚仪更精准，不会因为磨损而损失精度。
2）相对超声波测厚仪精度更高。
3）相对X射线测厚仪没有辐射污染。
基于单片机的光纤智能位移计设计
基于单片机的光纤智能位移计设计当今世界是一个蓬勃发展的新时代，人们对高精度测量系统的需求日益增长，尤其在工程应用上。
虽然市场上已有许多测量系统，但其测量结果易受外界影响，基于这个特性，本文设计了一款以单片机作为控制核心，光纤位移传感器作为测量仪器的光纤智能位移计。
标签：单片机;光纤位移传感器近几年来，运用高精密度、高速率的仪器来测定物体位移的方法愈发受到人们的关注，特别是针对微小位移量的检测。
目前市场上出现了各种测量微小位移的方式，主要有电容式位移法、加速度位移法、干涉条纹法等等，但因其性价比较低、测量精度不高且不能适应恶劣环境的特性，常常对测量结果造成很大的测量误差，所以设计一款高精度且环境适应力强的位移计显得尤为必要。
一、光纤智能位移计的背景及研究意义位移传感器一直是科研人员积极关注的热点课题，其作用是把位移物理信号转换为电信号。
光纤传感是近年来发展起来的一种分布式监测技术，其专为恶劣环境所设计，现已应用在地质勘查，工业监测等广泛领域中，它具有灵敏度高、不受温度和电子干扰、电气隔离的安全级别高和耐水、耐高温、耐腐蚀等特性。
不仅应用在微波和射频环境、核能和高温环境中，还已经与物联网技术结合，实行在线监测。
二、光纤传感器的结构原理反射式光纤位移传感器的工作原理是从表面反射光的强度来实现反射。
其原理如图1.1所示：一个光纤耦合器将入射光纤和接收光纤以及测量光纤连接成Y 型结构。
即两束光纤的一端合并为光纤探头，另一端分叉为两束，分别为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用。
当光源发出的光经光源光纤照射到位移反射体上后，被反射后部分被重新耦合入测量光纤，再经耦合器和接收光纤输出，被光敏器件接收。
其输出光强决定于反射体距光纤探头的距离，当位移改变时，则输出光强作相应的变化。
随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。
三、光纤传感器的工作原理本设计采用的是反射式位移传感器，它在一定范围内位移与输出信号成线性关系且性价比高。
位移检测
位 移 及 速 度 检 测
电位器传感器，电容式位移传感器 差动变压器式，感应同步器式
光栅位移检测，码盘式传感器
电涡流位移计，自感式位移检测
速度传感器及转速传感器
加速度检测
※
在自动检测系统中，位移的测量是一种最基本的测量 工作，它的特性是测量空间距离的大小，如距离、位 置、尺寸、角度等。
一、电位器式位移传感器 1. 电位器的基本概念
※
位 移 及 速 度 检 测
电位器是人们常用到的一种电子元件，它作为传感器可以将机械位 移转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起电路中输 出电压的变化。 由上可见，电位器的输出信号均与电刷的位移量成比例， 电位器由电阻体和电刷（也称可动触点）两部分组成，可作为变阻器 实现了位移与输出电信号的对应转换关系。因此，这类 使用，如图a所示，也可作为分压器使用，如图b所示。 传感器可用于测量机械位移量，或可测量已转换成位移 量的其它物理量（如压力、振动加速度等）。 R Rx x 这种类型传感器特点是：结构简单、价格低廉，输出信 L 分压器两边电阻的比值为 号大，一般不需放大，但是，它的分辨率不高，精度也 Ra L x 不高，所以不适于精度要求较高的场合。另外，动态响 Rb x 应较差，不适于动态快速测量。
四、感应同步器式位移传感器
位 移 及 速 度 检 测
当滑尺移动时，定尺绕组中的感应电压为 ud = k Um sin t ω sin(θ1-θ)= k Um sin t ω sin θ Δ 当 θ Δ 很小时，定尺绕组中的感应电压可近似表示为 ud= k Um sin t ωθ Δ 又因为 θ Δ=2π X/τ 则 ud = k Um*2π /Xτ 式中 X Δ ——滑尺位移增量。 从式可以看出，当位移增量 X Δ 很小时，感应电压的幅值和 X Δ 成正比，因此，可通过测量 ud 的幅值来测定位移 X Δ 的大小。
位移检测
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实训一 认识电阻式位移传感器
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实训一 认识电阻式位移传感器
注意事项 （1）连接电阻尺时，需要限制通过电阻尺的电流。 （2）安装时需要注意传感器移动轴和模块定位需要依据安装 基准，使用螺纹进行准确安装。 （3）检测或者检测传感器性能时，需要旋转手轮缓慢连续移 动滑台台面。 （4）在安装时，需要注意导线不能过短，以免不能完成满量 程测量；导线也不能处于自由状态，以免和导轨发生挤压、摩擦 而产生短路现象，进而损坏设备。
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任务二 直线型光栅位移传感器的应用
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任务二 直线型光栅位移传感器的应用
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任务二 直线型光栅位移传感器的应用
3.细分技术简介 光学细分法：光学的方法使光栅在一个栅距的位移内发出多个 周期的莫尔条纹信号。 机械细分法：微动对准来准确地测取栅距的小数部分，类似于 游标卡尺读数原理。 电子细分法：莫尔条纹信号的周期性，在一个周期内进行插值， 获得一个信号周期的高分辨力。
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任务一 认识位移传感器
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任务一 认识位移传感器
对于由感应同步器组成的检测系统，可以采取不同的励
磁方式，并对输出信号采取不同的处理方式。 从励磁方式来说，可分为：滑尺励磁，由定尺输出感应 电动势信号；定尺励磁，由滑尺输出感应电动势信号。 根据对输出感应电动势信号的处理方式不同，可把感应
同步器的检测系统分成相位工作状态和幅值工作状态，它们
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任务一 认识位移传感器
知识链接
位移传感器又称为线性传感器，是将位移量转换为电量（如电压或 电流）的传感器。位移检测时应根据不同的检测对象，选择合适的检测 点和检测系统。其中，位移传感器选择是否恰当对检测精度影响很大。
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任务一 认识位移传感器
圆弧金刚石砂轮精密在位检测系统设计
采用 装备 有 圆弧金 刚 石砂轮 的高精密 平 面磨床 是一 种用 来加 工光 学非球 面元 件 ，尤 其是 大尺 寸光 学非 球 面元件 的重 要手 段 － ２ ］ ．磨 床 在 磨 削 过 程 中不 可避 免 的磨 损 必然 会 导 致砂 轮 形 状 和尺 寸 的变 化 ．引入 的砂 轮形 状误 差 映射 到 加工 件 上 ，从 而影 响到 磨 削 加 工 的精 度 ． 因此 ，在 加 工之 前 必 须 进行 砂 轮形状 误差 测量 ，以确定 砂轮 的形 状精 度 和砂 轮半径 等信 息． 当砂轮 的形状 精度 不符合 设计 要
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１ ９ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
厦 门理工学院学报
２ ０ １ ３矩
磨床工作台上的测量传感器进行砂轮面形数据的测量与采集．所采集 的数据通过 Ｕ Ｓ Ｂ接 口实时传 回 上位机 ，并进行相应的数据处理算法 ，如粗大误差剔除预处理、插Hale Waihona Puke 、最小二乘法拟合 ，从而完成砂
轮半径 拟合 及砂 轮精 度评 价．
其 中，圆弧金刚石砂轮的圆弧半径拟合主要分 ２步进行 ：１ ）通过 ３ 点共 圆法计算 出任意 ３ 点所
确定 的 圆心坐标 和半 径值 ；２ ） 由最 小二乘 法 实现最 终半 径 的拟 合． 假 设 在砂 轮表 面 的某 一 截 面测 得 任 意 ３点 的砂 轮 坐 标 为 ａ（ ｘ ， Ｙ 。 ）、 （ ， Ｙ ２ ）、ｃ （ ｘ ， Ｙ ３ ），则 由 这 ３点所 确定 的圆 的 圆心 ｏ （ ｘ 。 ， ｙ ｏ ）必然满 足方 程 ：
取若 干个 有 代 表 性 的测 量 截 面后 ，利 用 固定 在
［ 收稿 日期 ］２ ０ １ ３— ０ ３—１ ２ ［ 修 回 日期 ］２ ０ １ ３— ０ ７— １ ７ ［ 基金项 目］厦门理工学院高层次人才 引进项 目 （ Ｙ Ｋ Ｊ ｌ １ ０ ２ ９ Ｒ ） ［ 作者简介 ］柯 晓龙 （ １ ９ ８ １ 一） ，男 ，讲师 ，博士 ，研究 方 向为光学非球 面精 密磨 削与检 测技术．Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｌ ｏ ｎ ｇ
磁性位移传感器原理
磁性位移传感器原理磁性位移传感器是一种能够测量和检测物体位移的装置，广泛应用于工业自动化、航空航天等领域。
它利用磁性材料的特性以及磁场的变化来测量位移，具有高精度、高灵敏度和快速响应等优点。
磁性位移传感器的工作原理可以分为两种类型：差压式和同轴式。
差压式磁性位移传感器主要由两块磁性材料组成，一块固定在底部，称为定子；另一块与被测物体连接并受到位移的影响，称为游子。
两块磁性材料之间形成一个气隙。
当游子受到位移作用力时，会在气隙中产生磁场的变化。
磁场变化通过磁传感器侦测，进而测量位移。
具体来说，当游子受到位移力时，气隙的气压会发生变化，从而产生磁场的变化。
这种磁场变化被磁传感器探测到，并转化为电信号输出。
同轴式磁性位移传感器由一个内部永磁体和一个外部线圈组成。
内部永磁体固定不动，外部线圈与被测物体连接并受到位移的影响。
当外部线圈受到位移力作用时，会改变线圈中的磁感应强度。
通过测量线圈中电压或电流的变化，即可确定位移的大小。
具体来说，当外部线圈受到位移力作用时，磁感应线产生变化，进而在线圈中感应出电动势，通过测量电动势的变化，即可获得位移的信息。
磁性位移传感器具有以下特点：1. 高精度：磁性位移传感器具有高精度的测量能力，精度可以达到亚微米级别，满足了许多精密测量的需求。
2. 高灵敏度：磁性位移传感器对位移的响应速度非常快，具有高灵敏度的特点。
它能够实时监测被测物体的微小位移，并迅速反馈给控制系统。
3. 非接触式：磁性位移传感器通过磁场的变化来测量位移，其测量原理基于非接触式的工作方式。
这种工作方式避免了与被测物体直接接触，减少了使用过程中的摩擦和磨损，提高了传感器的使用寿命。
4. 适应性强：磁性位移传感器适用于各种环境下的位移测量，包括高温、低温、高压和恶劣的工作环境。
它们具有良好的抗干扰性和抗振动性能。
总之，磁性位移传感器通过测量磁场的变化来实现对位移的测量，具有高精度、高灵敏度和快速响应等优点。
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任务一 高精度位移传感器的应用
（6）差动变压器式位移传感器输出信号大，在国家标准中规定： 交流传感器的灵敏度量程10 mm以下的应为150 mV/mm，10 mm以上的 应为50 mV/mm；直流位移传感器的满量程输出（10 V DC供电），量 程10 mm以下的应大于0.5 V，量程10 mm以上的应大于2 V。
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任务一 高精度位移传感器的应用
二、电感式传感器
1.自感型电感传感器
1） 可变磁阻式传感器
2） 涡流式传感器
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任务一 高精度位移传感器的应用
1）可变磁阻式传感器 由线圈、铁芯和衔铁组成封闭磁路，在铁芯和衔铁之间有气隙存在。 磁阻为
铁芯和衔铁的气隙长度 ，m； 0 为空气磁导率， 4 10 H/m； A0 为空气气隙导磁
精密位移检测系统
随着技术的发展，制造工业的精度已经达到了亚微米级别，很多机 械零件的精度早已超过亚微米而达到几十个纳米，如高精度定位轴承和 光学透镜，电子电路在工业中，超大规模集成电路的制造精度已经达到 几个纳米。
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精密位移检测系统
制造精度的提高是现代工业的基础，而在亚微米级别的制造 中，利用高精度微小位移检测。 高精度位移传感器的特点：量程小，精度高，高稳定性。
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任务一 高精度位移传感器的应用
（4）差动变压器式位移传感器有很高的分辨力，实际的分辨能力 取决于显示仪表的精度。 （5）差动变压器式位移传感器有很宽的检测范围，正常产品检测 范围为±（2.5~50） mm，国家标准的型谱中规划此类产品的最大检测 范围为±600 mm，但是检测精度随着量程的增大而降低。
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任务一 高精度位移传感器的应用
1.电容式传感器的分类
1） 变面积型电容传感器
2） 极距变化型电容传感器
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任务一 高精度位移传感器的应用
1）变面积型电容传感器
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任务一 高精度位移传感器的应用
2）极距变化型电容传感器 如图3-3（a）所示，如平行电容器两个极板间覆盖面积和极间介质 不变，则其电容量C与极距呈现非线性关系。当极距有一微小变化量时， 引起电容的变化量为 式中，A为极板间覆盖面积。 则其灵敏度为
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精密位移检测系统
精度在亚微米级别的检测工业上往往采用比较方法，即首先 使用标准件作为检测基准依据，然后利用高精度微小位移检测其 中的误差级别。
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任务一 高精度位移传感器的应用
知识目标
通过熟悉各种高精度位移传感器，了解位移传感器检测的一般原理 和使用条件，掌握各种位移传感器的量程和精度等检测性能。
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任务一 高精度位移传感器的应用
2.互感型电感传感器 互感型电感传感器的原理是电磁感应中的互感现象，如图3-8所示， 当初级线圈输入交流电时，次级线圈会产生电动势e，其大小与输入电 流的变化率成正比，即 式中，M为互感系数，与两个线圈相对位置及周围介质的导磁能力 等因素有关，表明两个线圈之间的耦合程度。
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任务一 高精度位移传感器的应用
互感式电感传感器多由变压器由初级线圈和两个参数完全相同的次 级线圈w1、w2组成。
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任务一 高精度位移传感器的应用
差动变压器式位移传感器的使用具有以下特点 （1）可以在恶劣的环境下工作 （2）由于差动变压器式位移传感器的可动部分铁芯与固定部分线 圈之间本质上是非接触的，理论上传感器的重复误差和回差为零，在实 际使用中这两个误差也很小，这部分误差的控制往往是评价传感器的关 键因素。 （3）差动变压器式位移传感器工作时本质上没有摩擦，平均无故 障的工作时间达到3×106 h以上，较其他传感器高出1~2个数量级。
7
横截面积， m
2
。
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任务一 高精度位移传感器的应用
可变磁阻位移传感器的典型结构方案： 可变导磁面积型 差动型位移传感器 单螺线管线圈型位移传感器
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任务一 高精度位移传感器的应用
2）涡流式传感器 涡电流式传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效 应。电涡流检测法的最大优点在于实现无接触检测，可对介质的内部进 行探测。这种优点被广泛使用于材料的内部裂纹，涂层厚度等方面的检 测。
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实训一 认识电感式高精度位移传感器
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任务一 高精度位移传感器的应用
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任务一 高精度位移传感器的应用
2.电容式传感器的特点与用途
（1）小功率、高阻抗
（4）可以进行 非接触检测
发热小
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任务一 高精度位移传感器的应用
电容式传感器的用途 电容式传感器广泛地应用在位移、振动、角度、加速度等机 械量的精密检测，目前检测范围已经扩大到了压力、液面和成分 等方面的检测。
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任务一 高精度位移传感器的应用
技能目标
通过实践操作和训练理解，初步认识电感式位移传感器及其检测适 应性，了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。
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任务一 高精度位移传感器的应用
一、电容式传感器
电容式传感器实质上是利用电容公式进行检测的传感器
C 为电容，C； d 为两个极板之间的距离，m； A 为极板正对面积； 为介电常数，
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任务一 高精度位移传感器的应用
（7）差动变压器式位移传感器温度系数较小，因此适用于环境温 度变化的场所；差动变压器式位移传感器的频域输出较宽（小于400 Hz），因此能满足一般的检测及控制系统的需求。
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任务一 高精度位移传感器的应用
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实训一 认识电感式高精度位移传感器
实训目标 通过电感式高精度位移传感器和测量台装置共同组成系统，通 过装配调试和检测多个圆柱体直径（精度在1 μm以内），深入了 解电感式高精度位移传感器的传感特性并比较位移检测方法的一 般应用规程。
0 r ，真空介电常数 0 8.85 1012 F / m ， r 为相对介电常数
被检测可通过极板距离、正对面积和介电常数的变化，转换为电容 的变化实现检测。
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任务一 高精度位移传感器的应用
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任务一 高精度位移传感器的应用
电容传感器的结构优点是：由于极板间的静电引力小，活动部分的 可动质量小，所以对输入能量的要求低；由于介质损耗小，传感器本身 发热少，使其能在高频范围内工作，具有较好的动态响应特性。