《机械量的测量》PPT课件
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起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最
终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如 两者之间的距离等参数）。
2020/11/22
20
部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？ 为什么？
2020/11/22
21
（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成 为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。
多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率ρ有关的表面温 度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参 数。
2020/11/22
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
三、光栅传感器
莫尔条纹特性：
方向性：垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 准确性：误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
2020/11/22
31
2. 光栅传感器特点
①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″
②量程大：透射式---光栅尺长（<1米），反射式--->几 十米
③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、
移动精度 ⑥成本高：电路复杂
2020/11/22
32
3. 光栅传感器结构
透射式结构：1 – 主光栅尺（定光栅）
2 – 指示光栅（动光栅） 3 – 光电元件 4 – 透镜 5 – 光源 光源 → 指示光栅 → 透射 → 主光栅 →光电元件
反射式结构：
光源 →主光栅 → 反射 →指示光栅 →光电元件
2020/11/22
33
三、光栅传感器
4. 代表性产品：
德国Heidenhain（海德汉）： 封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 m
开放式：量程270mm 分辨力1nm
开放式：量程1440mm，分辨力0.01m
2020/11/22
34
23
并联谐振回路的谐振频率
f 1
2 LC0
4-3
设电涡流线圈的电感量L=0.8mH， 微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f 。
2020/11/22
24
鉴频器特性
使用 鉴频器可 以将f 转 换为电压 Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
2020/11/22
25
2020/11/22
27
位移检测
11
电磁炉内部的励磁线圈
电磁炉的工作原理
高频电流通过励
磁线圈，产生交变 磁场，在铁质锅底 会产生无数的电涡 流，使锅底自行发 热，烧开锅 内 的 食 物。
2020/11/22
13
电涡流传感器结构及特性
高频反射式、低频投பைடு நூலகம்式
交变磁场
电涡流探头外形
2020/11/22
14
高频反射式电涡流探头内部结构
1—电涡流线圈 2—探头壳体 3—壳体上的位置调节螺纹 4—印制线路板 5—夹持螺母 6—电源指示灯
7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
2020/11/22
15
CZF-1系列传感器的性能
分析上表请得出结论：
探头的直径与测量范围及分辨力之间 有何关系？
2020/11/22
16
低频投射式
2020/11/22
17
大直径电涡流探雷器
2020/11/22
18
3、电涡流测量转换电路
（1）电桥电路
2020/11/22
19
3、电涡流测量转换电路
（2）谐振调幅式（AM）电路
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz） 用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引
Z=R+jωL=f（ρ、、x、ω、i1、r） （7-6）
如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电
涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？ 属于接触式测量还是非接触式测量？
检测深度与激励源频率有何关系？
2020/11/22
10
等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：由于存在集肤效应，电 涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f， 可控制检测深度。激励源频率一般设定在 100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。
4
工作原理:
输出信号 交变电流 交变磁场H2
参数变化(电感、阻抗、
品质因素等)
传感器线圈
交变磁场H1
电涡流
被测导体
2020/11/22
5
2020/11/22
6
2020/11/22
7
电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
2020/11/22
8
2、等效阻抗分析
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的 函数表达式为：
电涡流传感器应用
2020/11/22
28
厚度检测
电涡流传感器应用
2020/11/22
29
三、光栅传感器
1. 光栅传感器原理 (莫尔条纹)
构成： 主光栅---标尺光栅，定光栅； 指示光栅---动光栅
主光栅 指示光栅
叠合
夹角 移动 明暗相间条纹 莫尔条纹
条纹宽度： B W W
2sin( / 2)
当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈的电感量L 也随之改变， 引起LC 振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表
进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo 。
2020/11/22
22
（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
2020/11/22
第七章 机械量的测量
本章学习位移、速度、加速 度、机械震动、力及力矩等机
械量。
2020/11/22
1
第七章 机械量的测量
第一节 位移的测量 第二节 转速的测量 第三节 加速度的测量
2020/11/22
2
第一节 位移的测量
1. 常用位移传感器的性能和特点（P121）
2020/11/22
3
二、电涡流传感器
电涡流效应演示
当金属导体置于交变磁场或在磁场中 运动时，在导体中会产生感生电流， 这种电流在导体中自行闭合
电涡流
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
涡流线圈的电流 i1 增大。
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终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如 两者之间的距离等参数）。
2020/11/22
20
部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？ 为什么？
2020/11/22
21
（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成 为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。
多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率ρ有关的表面温 度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参 数。
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W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
三、光栅传感器
莫尔条纹特性：
方向性：垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 准确性：误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
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2. 光栅传感器特点
①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″
②量程大：透射式---光栅尺长（<1米），反射式--->几 十米
③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、
移动精度 ⑥成本高：电路复杂
2020/11/22
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3. 光栅传感器结构
透射式结构：1 – 主光栅尺（定光栅）
2 – 指示光栅（动光栅） 3 – 光电元件 4 – 透镜 5 – 光源 光源 → 指示光栅 → 透射 → 主光栅 →光电元件
反射式结构：
光源 →主光栅 → 反射 →指示光栅 →光电元件
2020/11/22
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三、光栅传感器
4. 代表性产品：
德国Heidenhain（海德汉）： 封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 m
开放式：量程270mm 分辨力1nm
开放式：量程1440mm，分辨力0.01m
2020/11/22
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23
并联谐振回路的谐振频率
f 1
2 LC0
4-3
设电涡流线圈的电感量L=0.8mH， 微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f 。
2020/11/22
24
鉴频器特性
使用 鉴频器可 以将f 转 换为电压 Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
2020/11/22
25
2020/11/22
27
位移检测
11
电磁炉内部的励磁线圈
电磁炉的工作原理
高频电流通过励
磁线圈，产生交变 磁场，在铁质锅底 会产生无数的电涡 流，使锅底自行发 热，烧开锅 内 的 食 物。
2020/11/22
13
电涡流传感器结构及特性
高频反射式、低频投பைடு நூலகம்式
交变磁场
电涡流探头外形
2020/11/22
14
高频反射式电涡流探头内部结构
1—电涡流线圈 2—探头壳体 3—壳体上的位置调节螺纹 4—印制线路板 5—夹持螺母 6—电源指示灯
7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
2020/11/22
15
CZF-1系列传感器的性能
分析上表请得出结论：
探头的直径与测量范围及分辨力之间 有何关系？
2020/11/22
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低频投射式
2020/11/22
17
大直径电涡流探雷器
2020/11/22
18
3、电涡流测量转换电路
（1）电桥电路
2020/11/22
19
3、电涡流测量转换电路
（2）谐振调幅式（AM）电路
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz） 用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引
Z=R+jωL=f（ρ、、x、ω、i1、r） （7-6）
如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电
涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？ 属于接触式测量还是非接触式测量？
检测深度与激励源频率有何关系？
2020/11/22
10
等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：由于存在集肤效应，电 涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f， 可控制检测深度。激励源频率一般设定在 100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。
4
工作原理:
输出信号 交变电流 交变磁场H2
参数变化(电感、阻抗、
品质因素等)
传感器线圈
交变磁场H1
电涡流
被测导体
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电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
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8
2、等效阻抗分析
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的 函数表达式为：
电涡流传感器应用
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厚度检测
电涡流传感器应用
2020/11/22
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三、光栅传感器
1. 光栅传感器原理 (莫尔条纹)
构成： 主光栅---标尺光栅，定光栅； 指示光栅---动光栅
主光栅 指示光栅
叠合
夹角 移动 明暗相间条纹 莫尔条纹
条纹宽度： B W W
2sin( / 2)
当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈的电感量L 也随之改变， 引起LC 振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表
进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo 。
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（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
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第七章 机械量的测量
本章学习位移、速度、加速 度、机械震动、力及力矩等机
械量。
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第七章 机械量的测量
第一节 位移的测量 第二节 转速的测量 第三节 加速度的测量
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第一节 位移的测量
1. 常用位移传感器的性能和特点（P121）
2020/11/22
3
二、电涡流传感器
电涡流效应演示
当金属导体置于交变磁场或在磁场中 运动时，在导体中会产生感生电流， 这种电流在导体中自行闭合
电涡流
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
涡流线圈的电流 i1 增大。
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