第三章 测量模块
电气测量课程设计测量模块
电气测量课程设计测量模块一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电气测量的基本原理，理解测量模块的工作机制；2. 使学生了解不同类型测量传感器的工作原理及其在电气测量中的应用；3. 引导学生掌握电气测量数据的处理与分析方法。
技能目标：1. 培养学生能够正确选用和搭建电气测量系统，进行简单的测量实验；2. 提高学生运用测量模块进行数据采集、处理和误差分析的能力；3. 培养学生具备解决实际电气测量问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电气测量技术的兴趣，激发他们学习相关知识的热情；2. 引导学生认识到电气测量技术在工程实践中的重要性，增强学生的责任感；3. 培养学生团队合作精神，提高他们沟通协调能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够解释电气测量的基本原理，并列举测量模块的常见类型；2. 学生能够描述不同传感器的工作原理，并说明其在电气测量中的应用；3. 学生能够运用所学知识进行电气测量实验，并正确处理测量数据；4. 学生能够分析测量误差，提出改进措施；5. 学生能够通过团队合作，解决实际电气测量问题，提高自身沟通协调能力。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。
教学内容主要包括以下几部分：1. 电气测量基本原理：介绍电气测量的概念、分类及基本原理，重点讲解测量误差、准确度、精度等概念。
2. 测量传感器：阐述常见传感器（如电压传感器、电流传感器、温度传感器等）的工作原理、特点及应用。
3. 数据采集与处理：讲解数据采集系统组成、工作流程，介绍数据预处理、滤波、校准等处理方法。
4. 测量模块实验：设计一系列测量实验，如电压、电流、温度测量等，使学生动手实践，提高操作能力。
5. 测量误差分析：分析测量误差的来源、分类，探讨减小误差的方法和措施。
教学内容安排和进度如下：1. 第1周：电气测量基本原理，测量误差与准确度；2. 第2周：常见测量传感器的工作原理及应用；3. 第3周：数据采集与处理方法；4. 第4周：测量模块实验（1）：电压、电流测量；5. 第5周：测量模块实验（2）：温度测量；6. 第6周：测量误差分析及改进措施。
模块三 力的测量
KU 4 2 106 U0 2 106 V 4 4 KU 4 2 103 U0 2 103 V 4 4
应变为1000时
全桥应变为1时 应变为1000时
KU 4 2 106 U0 4 106 V 2 2 KU 4 2 103 U0 4 103 V 2 2
n=1时，为最大值 当电源电压U和电阻相对变化量一定时，电桥的输出电压也是 定值，与各桥臂电阻阻值大小无关。
U R1 R2 R3 R4 U0 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
U U 0 K ( 1 2 3 4 ) 4
单臂半桥时：
U U 0 K 4
一、应变效应
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即 导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形 变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为 “应变效应”。 由电工学可知，金属丝电阻R可用下式表示：
式中 ρ──电阻率，Ω·m； l──电阻丝长度，m； A──电阻丝截面积，m2。
实验证明，电阻应变片的电阻应变 εR=∆R/R与电阻应变片的纵向应变εx的关系 在很大范围内是线性的，即
（3）波纹管 波纹管是一种具有轴对称、圆筒形、等间距环 状波纹、能沿轴向伸缩的测压弹性敏感元件。它在 轴向力、横向力和弯矩作用下都能产生相应的位移， 因此在许多技术领域中都能得到应用。
五、电阻应变式传感器的应用
1、电阻应变式纱线张力测量 在纱线加工过程中，随着纱线张力变化，悬臂梁 相应地产生与张力成比例的应变，而使电阻应变片产 生相应的变形，并输出相应的ΔR/R，因而破坏了电桥 平衡，由此输出放大的电压信号。此电压信号再经动 态电阻应变仪放大、检波、滤波后，输出一个放大的 并与应变成比例的电压信号，最终由函数记录仪在感 光纸上描绘成脉冲图形。
Beckhoff测量模块
Beckhoff 的自动化技术适用于各种信号和现场总线，可为所有常用的 I/O 信号、模拟量信号和现场总线系统提供全系列的现场总线组件。
EtherCAT 是用于实现工业自动化的以太网解决方案，具有性能优异和操作简单的特点。
本书详述了 Beckhoff 现场总线模块中的测量模块、高精度模块、XFC 模块和宽温模块。
目录现场总线端子模块简介测量模块的的应用• 只有 12mm 宽的测量仪器——基于现场总线的测量模块• 称重模块介绍• 三相电力模块介绍• 万用表介绍• 振动测量模块介绍• 温度测量模块介绍• 高精度模块• XFC 模块• 宽温模块SCOPE VIEW 2 软件介绍只有 12 mm 宽的测量仪器——基于现场总线的测量模块称重模块介绍三相电力测量模块介绍EL3356 和 EL3356-0010 称重测量端子模块可以直接连接一个电阻桥或者 1 个 6 线制的称重传感器，最终的重量值作为一个过程数据在模块内部计算，不需要在 PLC 上面进行额外的计算。
为了满足各种需求，这系列模块有以下特点：• 测量误差 <0.01%• 高分辨率：16 位（EL3356）或者 24 位（EL3356-0010）• 采样时间：10 ms（EL3356）或者 100 μs（EL3356-0010）• 电路自整定——消除温漂和时漂• 分布式时钟模式——可以获取采样数据的具体时间（仅 EL3356-0010）• 手动输入传感器的铭牌参数（如 KG 和 mV/V）以及通过整定程序来整定传感器的参数（如零平衡点）• 预制皮重功能，可以在测量值中去掉产品外包装的重量• 针对高速动态称重的特殊功能可以使用 EL3356 来实现高精度慢速称重测量任务，而 EL3356-0010 特别适合用于快速、准确监测扭矩或张力的传感器。
此类传感器的应用范围包括：• 称重任务：慢速料仓测量或快速装袋• 运动部件的张力测量• 静载荷下的变形测量和变形报警• 通过传感器变形进行压力测量EL3403、EL3413 和 EL3773 EtherCAT 电力测量端子模块可以直接通过现场总线对相连工厂或建筑物电网进行能耗分析，也可以对各个用电设备进行具体的能耗数据分析。
实验3 振动测量试验模块
实验三振动测量试验模块3.1实验原理：利用传感器测量动态变化参数的原理与方法，检测震动大小。
3.2实验内容3.2.1电涡流传感器测量振动实验x·实验目的了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。
·实验原理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。
·所需器件及模块3号振动测量模块、电涡流传感器、信号源、音频功率放大器、直流电源、示波器实验电路图如下：·实验步骤1.根据图安装连接线。
注意电涡流断面与振动台面之间的安装距离为线性区域。
试验模块输出端TP3接示波器，接入±12V电源。
2.将信号源接入音频功率放大器，音频功率放大器输出接振动试验模块。
3.信号源幅度按钮初始为零，慢慢增大幅度，控制台面与传感器端面不要碰撞。
4.用示波器观察电涡流试验模块输出端TP3波形，调节电涡流安装支架高度，读取正弦波失真最小时的电压峰-峰值。
5.保持振动台的振动频率（12Hz）不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰-峰值。
6.保持振幅不变，（1-30Hz输出幅度不变）改变频率测出传感器TP3幅度，作出传感器幅频特性。
3.2.2霍尔式传感器测量振动实验·实验目的了解霍尔传感器在震动测量中的应用。
·实验原理利用霍尔元件在梯度磁块中，运动产生的电动势大小变化来检测震动大小。
·所需器件及模块3号振动测量模块、1-30Hz低频振荡器、±12V、±5V、示波器。
·实验步骤实验电路图如下：1.按图接线。
2.在+A端接入+5V电压，-B端接入-5V电压。
3.示波器A通道接入V01端。
4.1-30Hz低频振荡器接入1~30Hz端、GND端接地，幅度调最小。
5.适当加大振幅用示波器观察V01差动放大器的输出端。
6. 1-30Hz低频振荡源固定在一个频率上，以方便观察为准，调节输出幅度，记录3.2.3光纤传感器测量振动实验·实验目的了解光纤位移传感器动态特性。
第三章 IGBT模块和IPM功率模块
四、电压型逆变器引起短路故障的原因
1.直通短路桥臂中某一个器件(包括反并二极管)损坏。 2.负载电路短路在某些升压变压器输出场合，副边短路 的情况 3.逆变器输出直接短路。
练习题
1.说明IGBT模块和IPM功率模块的含义。 2.叙述IGBT的栅极隔离有哪些功能？ 3.分析IGBT失效原因。 4.如何正确对IGBT进行使用和检修？
三、IPM的栅极隔离
如图所示为IPM模块典型栅极隔离电路，在IPM 模块外 围要有相应的电子元件才能保证正确工作。
如图所示为IPM的电机驱动电路。
第三节 IGBT和IPM保护电路
一、ＩＧＢＴ 失效原因分析
１. 过热损坏。 ２. 超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏 ３. 瞬态过电流 ４. 过电压
第二节元件的IGBT驱动板实物，IGBT的驱动 电路必须具备2个功能: (１)实现控制电路(低压部分)与IGBT栅极(集电极和栅极击 穿，栅极可能成为高压部分)的电隔离； (２)提供合适的栅极驱动脉冲电压值使集电极和发射极充分 导通和截止，因此要有开关变压器降压。
电力电子元件结构
二、IPM智能功率模块封装和符号
如图所示为IPM内部构造，IPM智能功率模块采用多层 环氧树脂工艺，小功率IPM采用一种基于多层环氧树脂黏合 的绝缘技术，铜箔直接铸接工艺，中大功率采用陶瓷绝缘 结构。
IPM常用封装形式 ａ)一单元IPM符号 ｂ)两单元IPM符号 ｃ)六单元IPM符号
二、IGBT管极性测量
判断极性首先将万用表拨在Ｒ ×１ｋ 挡，用万用表 测量时，若某一极与其他两极阻值为无穷大，调换表笔 后该极与其他两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅 极(Ｇ)， 其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷 大，调换表笔后测量阻值较小， 在测量阻值较小的一次 中，则判断红表笔接的为集电极(Ｃ)，黑表笔接的为发射 极(Ｅ)。
三坐标测量技术模块 RationalDMIS软件操作讲义
目录
第一章 RationalDMIS 简介 ....................................................................................................5
1.1 欢迎使用 RationalDMIS .......................................................................................5 1.2 系统要求 .................................................................................................................5 1.3 安装 RationalDMIS ...............................................................................................6 1.4 安装 Dongle ............................................................................................................6
3.1RationalDMIS 界面划分 ......................................................................................48 3.2 主菜单 ...................................................................................................................48
JK070SW-ZL直流监控说明书
直流屏监控系统JK070SW-ZL技术说明书河南耀睿科技有限公司目录第一章系统概述 (3)1.1功能特点 (3)1.1.1监控器功能说明 (3)1.1.2ZHCL-2模块 (4)1.1.3ZHCL-3模块 (4)1.2技术指标 (5)1.3监控器硬件说明 (5)1.3.1接口定义说明 (6)1.3.2开孔尺寸图 (7)1.3.3电池更换说明 (7)1.3.4COM2终端匹配电阻跳线设置说明 (8)1.3.5挂钩安装说明 (9)第二章操作说明 (10)2.1界面说明 (10)2.1.1主界面 (10)2.1.2直流电源详细数据 (12)2.1.3电池详细数据 (12)2.1.4绝缘数据 (13)2.1.5开关量查询 (13)2.1.6实时故障查看 (14)2.1.7历史故障查看 (14)2.1.8运行记录 (15)2.1.9系统控制界面 (15)2.1.10修改密码 (16)2.2设置说明 (16)2.2.1参数设置-系统设置 (17)2.2.2电池管理设置 (17)2.2.3电池巡检设置 (19)2.2.4绝缘监测设置 (20)2.2.5模块设置 (21)2.2.6告警设置 (22)2.2.7开关设置 (23)2.2.8特殊设置 (26)2.2.9启动Logo设定 (29)第三章综合测量模块ZHCL-2 (30)3.1功能简介 (30)3.2装配图与接线表 (30)3.3电流传感器接线 (31)3.4电池温度检测 (32)3.5开关量输入检测 (32)3.6开关量输出 (32)3.7注意事项 (33)第十章使用环境 (34)销售服务热线：177-****6500售后服务热线:180-****8778第一章系统概述我公司开发的JK070LW-ZL电力监控系统充分考虑到了电力系统应用的多样性，监控主机与底层数据采集单元采用了模块化设计思想，主机与底层模块可以自由组合。
所有底层模块外形尺寸一致，便于安装。
电能测量模块的组成
电能测量模块的组成电能测量模块是电力系统中用于测量电能的重要组成部分。
它能够准确地测量电能的消耗和产生，为电力系统的管理和控制提供重要的数据支持。
本文将从以下几个方面介绍电能测量模块的组成。
一、电能测量模块的基本原理电能测量模块主要基于电磁感应原理进行工作。
它通过测量电流和电压的大小和相位差，计算出电能的消耗或产生。
电流传感器用于测量电流的大小，电压传感器用于测量电压的大小，而相位差计算单元用于计算电流和电压之间的相位差。
通过这些测量和计算，电能测量模块能够准确地测量电能的消耗和产生。
二、电能测量模块的主要组成1. 电流传感器：电流传感器是电能测量模块中最关键的组成部分之一。
它能够将电流的大小转化为与之成正比的电信号输出。
常见的电流传感器包括电流互感器和霍尔传感器等。
2. 电压传感器：电压传感器用于测量电压的大小。
它能够将电压的大小转化为与之成正比的电信号输出。
常见的电压传感器包括电压互感器和电容电压传感器等。
3. 相位差计算单元：相位差计算单元用于计算电流和电压之间的相位差。
它能够根据电流和电压信号的波形，精确地计算出它们之间的相位差。
相位差计算单元通常采用数字信号处理技术，能够提高计算的准确性和稳定性。
4. 数据处理单元：数据处理单元是电能测量模块中的核心部分。
它负责接收电流和电压传感器输出的电信号，并进行相位差的计算和电能的测量。
数据处理单元通常采用微处理器或专用的集成电路，能够实现高速、高精度的数据处理。
5. 显示和通信接口：显示和通信接口用于显示和传输测量结果。
它通常包括数字显示器和通信接口，能够将测量结果以数字形式显示，并通过通信接口与其他设备进行数据交换。
三、电能测量模块的工作流程电能测量模块的工作流程主要包括以下几个步骤：1. 电流和电压信号的采集：电流传感器和电压传感器分别采集电流和电压信号，并将其转化为与之成正比的电信号输出。
2. 相位差的计算：相位差计算单元根据电流和电压信号的波形，精确地计算出它们之间的相位差。
自学考试机电一体化试卷简答题
第一章概论1，什么是系统？〔P2〕从广义上说，系统可以定义为两个或两个以上组成的相互依存、相互作用，共同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。
在工程领域，系统可以是电、机械、液压、气动、热、生物以及医学的，或者是这些系统的某种组合。
2，什么是机电一体化系统？〔P3〕机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来的机械与电子严密结合的产品或制造系统。
即，机电一体化系统应包括机电一体化产品和机电一体化制造系统。
3，机电一体化的所谓“4A革命〞是指什么？〔P3〕工厂自动化、办公自动化、家庭自动化、社会效劳自动化。
4，典型的机电一体化系统有哪几种形式？〔P4-11〕典型的机电一体化系统有7中形式：（1）机械手关节伺服系统（2）数控机床（3）工业机器人（4）自动引导车（5）顺序控制系统（6）数控自动化制造系统（7）微机电系统5，机器人按照控制水平可以分为哪三种类型?哪一类机器人运动控制水平最高？〔P5〕第一类为点位控制机器人；第二类为连续路径控制机器人；第三类为控制类型机器人。
控制路径机器人代表最高运动控制水平。
6，什么是顺序控制系统？分为哪几类？〔P8〕顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。
根据如何开场和终结操作，顺序可分为两类：（1）当某一事件发生时，开场或完毕操作的称为事件驱动顺序控制；（2）在某一时刻或一定时间间隔之后，开场或完毕操作的称为时间驱动顺序控制。
7，何谓FMS?〔P9〕FMS是将计算机数控机床，工业机器人以及自动导引车连接起来的系统，称为柔性制造系统。
8，机电一体化系统中，机械受控模块的作用是什么？〔P12〕机械受控模块代表系统的机械构造，又称执行模块。
其主要功能是承载传递力和运动。
机械受控模式的输入由驱动模式和环境参数定义的条件一起提供。
输出由测量模式接收，并转换为相对的电信号。
9，机电一体化系统构造包含哪几个模块？简述各模块的作用〔P12-13〕典型的机电一体化系统构造包含：（1）机械手控模块机械受控模块代表系统的机械构造，通常包含机械传动、支承和支座等。
matlab测量模块
Matlab 版本 R2011b1.有两类模块端口： 小方块：用于主电路 三角形：用于控制电路这两类端口信号无法通过信号线直接连接而可以通过测量模块进行连接 常用的测量模块有：电压测量模块（Simscape/SimPowerSystems/Measurements/）电流测量模块（Simscape/SimPowerSystems/Measurements/）多路测量仪（Simscape/SimPowerSystems/Measurements/）2.多路测量仪的使用 （1）元件路径Simscape/SimPowerSystems/elements/Simscape/SimPowerSystems/electrical Sources/（2）电路图Series RLC BranchScope2MultimeterAC Voltage Source（3）参数设置注意：添加完测量模块再添加设置电路参数，否则找不到测量的量将示波器修改为两个坐标（4）调试问题Error in 'untitled/AC V oltage Source': Initialization commands cannot be evaluated.解决办法：添加powergui（Simscape/SimPowerSystems/）网络解释：powergui具体干什么的我也说不好，反正在用到SimPowerSystem里面的模块的时候就必须用到powergui 吧~~不过这个powergui直接放进去就行了。
里面还有FFT之类的分析可以用。
个人理解就相当于一个头文件感觉的东西。
修改后：Continuous powerguiSeries RLC BranchScope2MultimeterAC Voltage Source仿真结果1、图形显示的不够平滑，怎么解决？--仿真参数中改小掉2、为坐标添加标注3.OUT1模块的使用Simulink/Sinks/首先要选中仿真参数设置中的Save to work space/Output使用plot(tout,yout)命令即可绘制未经编辑的输出曲线345678910-0.03-0.02-0.010.010.020.03曲线编辑：4.完整仿真步骤实例（1）建立仿真图Continuous pow erguiv +-Voltage MeasurementSeries RLC Branch Scopei +-Current MeasurementAC Voltage Source（2）仿真参数设置（3）电路参数设置（4）仿真结果。
第三章 测量模块
Mechatronics
9
机机电械一电体化子系工统程设计
第一节
机械量传感器分类
一、传感器定义
传感器是借助于检测元件接收一种形式的信 息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一 种信息的装置。
传感器转换后的信号大多为电信号。从狭义 上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电 信号的装置。
传感器输出与输入有一定的对应关系（线性 关系最佳），且应有一定的精确度。
数字型传感器有计数型和代码型两大类。计数型又称脉冲计数型， 它可以是任何一种脉冲发生器，所发出的脉冲数与输入量成正比，加 上计数器就可以对输入量进行计数。计数型传感器可用来检测通过输 送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量，这时执行机构 每移动一定距离或转动一定角度就会发出一个脉冲信号，例如光栅检 测器和增量式光电编码器就是如此。代码型传感器即绝对值式编码器， 它输出的信号是二进制数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量 之值。代码的“1”为高电平，“0”为低电平，高低电平可用光电元件 或机械式接触元件输出。通常被用来检测执行元件的位置或速度，例 如绝对值型光电编码器、接触型编码器等。
光传感器、气压传感器、超声波 传感器、电涡流传感器、霍尔传 感器
球形接点式、光电旋转传感 器、角编码器、振动检测器
6
机机电械一电体化子系工统程设计
Mechatronics
温度传感器
7
机机电械一电体化子系工统程设计
电阻应变片
Mechatronics
应变计
8
机机电械一电体化子系工统程设计
非电量检测系统的结构形式
比较标定法
❖这是一种最常使用的标定方法， 即将被标的测振传感器和标准 测振传感器相比较。
工程测量学最重要的几大模块
工程测量学最重要的几大模块工程测量学是工程领域中非常重要的一门学科，它涉及到多个模块，每个模块都对工程测量起着至关重要的作用。
在本文中，我们将讨论工程测量学中最重要的几大模块。
一、基础测量模块基础测量是工程测量学的基石，它包括了工程测量中最基本、最常用的测量方法和技术。
基础测量模块主要包括平面测量、高程测量和角度测量。
平面测量是指对地面上的点进行水平方向上的测量，使用的仪器有全站仪、经纬仪等；高程测量是指对地面上的点进行垂直方向上的测量，使用的仪器有水准仪、全站仪等；角度测量是指对两个点之间的角度进行测量，使用的仪器有经纬仪、全站仪等。
二、地形测量模块地形测量模块是工程测量中非常重要的一部分，它用于获取地面的形状和地形特征。
地形测量主要包括地面控制点的测量、地形特征的测量和地形图的制作。
地面控制点的测量是指在地面上选择一些特定的点，通过测量其坐标和高程信息，来建立地形测量的基准；地形特征的测量是指对地面上的各种特征进行测量，比如地面的起伏、河流的流向等；地形图的制作是将测量得到的地形数据进行处理和绘制，形成地形图。
三、工程测量模块工程测量模块是工程测量学中非常重要的一部分，它主要应用于工程建设和施工过程中，用于确定工程位置、控制工程质量等。
工程测量模块主要包括工程控制测量、工程建筑测量和工程监测。
工程控制测量是指通过对工程位置的测量和控制，确保工程建设符合设计要求；工程建筑测量是指对工程建筑物的尺寸、位置等进行测量，用于工程施工和验收；工程监测是指对工程施工过程中的变形、沉降等进行测量和监测，用于控制工程质量。
四、地下测量模块地下测量模块是工程测量学中的一项重要内容，它用于获取地下空间的信息，为工程建设和设计提供依据。
地下测量主要包括地下管线测量、地下洞穴测量和地下水位测量。
地下管线测量是指对地下管道的位置、埋深等进行测量，用于工程设计和维护；地下洞穴测量是指对地下洞穴的形状、大小等进行测量，用于工程建设和防灾；地下水位测量是指对地下水位的深度、变化等进行测量，用于水资源管理和工程设计。
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二 静态特性——被测量是常量或者缓慢变化的量。
• 精度——输出与被测变量理想值的一致程度。 • 误差——测量值与理想值之差。 精度表示法： ① 以被测量表示（如±1℃）
② 满量程的百分数（如±1%）
③ 输出值的百分数（如±1%） • 重复性 —— 在相同条件下，连续几次测量所得输出之间 的最大差值.
灵敏度：输出变化量与对应的输入变化量的比值。
2.工作特性（质量）
可靠性：在给定的时间周期内，能在给定条件下（环境限制， 超量程范围，输出漂移量）工作的可能性。 漂移：在给定的时间内，产生的不希望的变化。 零漂:输入为零时的漂移。 灵敏度漂移:灵敏度变化。 3.环境影响: 零位温漂:在给定的温度范围内的零漂。 灵敏度温漂:在给定的温度范围内的灵敏度变化。
(一)结构：
长光栅（标尺光栅）装在机床移动部件上 短光栅（指标光栅）固定在机床的固定部件上
休息
下课
光栅：透射光栅、反射光栅 •透射光栅：在涂有感光材料的光学玻璃表面，刻上等间隔光栅线 纹。光源可以垂直入射，光敏元件直接接受光照。 优点: 信噪比好，刻线密度大. 缺点：玻璃易破损，热胀系数与机床金属不一致，影响测量精 度。（用于2m以下的位移测量） •反射光栅：在不锈钢上经照相腐蚀（或刻线）制成。 优点 : 与机床金属热膨胀系数一致，可做成长光栅，用于大位移 场 合。 缺点：反射后，莫尔条纹反差大，刻线密度低,在50线/mm以下。 光栅读数头：光电转换，把位移量转换成脉冲信号输出。光栅线纹 太密，线纹计数有困难，利用莫尔条纹放大后,再测量.
休息
下课
5．主要参数： 每转脉冲数 60，120，180，360，720（电光计数控制） 2000，2500，3000，5000（一般数控机床） 10000,20000，25000，30000（高精度伺服系统） 高分辨率脉冲编码器通过细分电路来实现。
休息
下课
四、光栅（直线光栅测直线位移、图光栅测角位移）
休息 下课
（二）莫尔条纹： 长短光栅节距 W 、平行放量、矩光栅 倾斜角。 长短光栅的刻线相交，光照时，会产 生明暗交替相间、间距相等的条纹（称 为莫尔条纹）
P/2/W=tg(/2)= /2
W=P/
休息
下课
1.莫尔条纹的放大作用 W=P/, P=0.01mm, =0.11°=0.002rad W=0.01/0.002=500*0.01=5(mm) 2．莫尔条纹的误差均化作用 莫尔条纹由若干光栅刻线干涉形成，即许多条刻线才 能生成 一定密度的莫尔条纹，平均了节距误差． 3．利用莫尔条纹测位移 1）光栅横向移一个节距W 莫尔条纹上下移动一个莫尔条纹节距Ｂ（莫尔条纹明 暗变化一个周期，检测莫尔条纹的明暗变 化，就可测得光栅横向移动的距离．） 2）根据莫尔条件的移动方向，可以辨别光栅的移动方向 ， 光栅右移，莫尔条纹下移．
•力学模型：二阶微分方程
一 电阻应变式——电阻应变效应 应变片粘合在弹性元件上，构成桥路。 弹性元件受力→应变→电阻变化→电桥输出电压
R G ， R
其中
l l --- 应变，G --- 标定系数
作用：测力
二 压阻式——半导体压阻效应
在半导体材料基片上扩散电阻，组成电桥，基片做弹 性敏感元件，基片受力变形，阻值变化，电桥产生输出。
被测量：位移，速度，加速度，力，力矩，压力。
输出：力，位移，电压，电阻等。 二 调理电路:将传感器输出的信号放大，滤波，使其 与控制器或显示装置或A/D转换器相适应。
三
传感器的分类 P71 表3-1
1，按被测量分类：力、速度、温度 2，按工作原理（信号转换原理）分类： 结构型：传感器的结构变化实现信号转换，电容传感器 物性型：敏感元件材料本身物理特性的变化实现信号转换 压力式加速度计
压阻式结构：a→ma→半导体压阻元件变形→电阻率变化.
压阻效应：
三
分类
压电式加速度计对低频（静态）信号不敏感
第六节
力、扭矩和压力传感器
•由弹性元件把力、扭矩、压力转换成位移或应变
•应变——单位长度的位移
•弹性元件：柱型，环型，悬臂梁型，棒型，筒型，膜片， 膜盒。
•传感元件：电阻应变式，压阻式，压电式，电容式。弹 性变形范围大，灵敏度高，测量频带宽。
隔离
阻抗变换匹配
一 前置放大
1 电压跟随器——放大倍数为1的运放
（1） 电路：同相输入,反相端直接连输出端
（2） 特点：
四 电容式——把力的变化转化为电容量的变化
受力→电容极距变化→电容变化
五 电感式——把力的变化转化为电感量的变化
第七节
霍尔式电流传感器
原理：霍尔效应
霍尔效应：当金属或半导体薄片置于 磁场中，有电流通过时，在垂直于电 流和磁场的方向上将产生电动势。
第八节
作用：
信号调理电路
放大及变换
滤波（噪声抑制）
休息
下课
2．工作原理： 每过一个光栅节距，在光电元件上形成明 ––暗 ––明变化一个 周期的光信号，经光电转化为近似的正弦信号，经放大，整形变成 矩形脉冲，脉冲数与角位移成正比。A、 B 两路相位相差 /2，正转 时B超前90O，反转时A超前90O, 用于辨别进给方向。
休息
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3.方向判别 (图3-13)
休息 下课
2．鉴幅方式，滑尺加同频同相不同幅的励磁电压 US=Umsin电sinwt UC=Umcos电sinwt 定尺感应信号： U=KUmsin电sinwtcos机–KUmcos电sinwtsin机 =KUmsin(电-机)sinwt 证明定尺电压幅值是机的函数，只要测出幅度，就可以求 得机,也就可以得位移. 当位移为X时，调电,令电＝机，使U＝0,边位移边测U, U=KUmsinsinwt=KUm sinwt KUm KUm X 可以对位移增量进行高精度的细分，若要使分辩率为 1m，即 ，把U放大，调节增益使U的幅值达到门槛电 平，产生一个脉冲。对脉冲计数，同时修改电，使电＝机，使 U＝0，当位移又有1m的增量时，又产生一个脉冲。总位移量就是 计数值乘上0.001mm。
休息
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第四节
一 直流测速发电机
速度传感器
微型的直流发电机，输出与转速成正比的直流电压。 1 分类：电磁式——磁场由电磁线圈产生 永磁式——磁场由永久磁铁产生 2 灵敏度：0.5V～20v/(Kr/min)
3 线性度：0.2%～0.1%
4 作用：测量转速
5 工作原理：电磁感应原理 每根导线 E LBV，V
3，按能量转换关系分类
能量转换型（无源）： 能量控制型（有源）：
四
传感器的发展
第二节
性能指标 — 输入输出关系特性
工作特性、静态特性、动态特性
一、工作特性
性能、质量、环境 1.测量特性（性能） 量程：被测量的上下限定义 阈值：能产生输出变化的被测量的最小变化量
分辨率：被测量连续变化时，输出以离散阶梯形式变化， 阶梯的大小定义为分辨率。
• 可重现性 ——在长时间内，由两个方向趋近同一个输入， 多次测量所得输出的最大差值。
线性度——输入输出特性曲线与直线的紧密程度,由实际特性曲线与对应所选直线 之间的变化量与满量程的百分比确定。
独立线性度直线 基于零位的线性度直线 基于端点的线性度直线 最小二乘线性度——由标定曲线的输入输出数据，通过 最小二乘拟合计算获得。
R 1E R
其中 —Biblioteka 应变，E ——半导体的弹性模量
1——压阻系统。
作用：测力
三 压电式——利用压电元件的压电效应
•压电元件——石英晶体，压电陶瓷 •压电效应——压电元件沿一定方向受外力作用而变形时， 其相应的相对的表面产生极性相反的电荷，电荷与外力的 大小成正比，电荷极性取决于变形方向。 •压电效应可逆——振动源 •应用：静态力，压力，动态和恶劣环境下力的测量。
位移传感器
U j E0 sinω t
转子是输出绕组
P77
余弦乘法器：US*COS (Φ)
, 正弦乘法器：UC*SIN(Φ)
余弦乘法器：US*COS (Φ)
, 正弦乘法器：UC*SIN(Φ)
二、感应同步器
（一）结构和原理 1．直线感应同步器结构 由定尺、滑尺组成. 在钢基尺上贴铜箔绕组，绕组节距 2τ=2mm 定尺：250mm，连续绕组 滑尺：两个绕组（正弦绕组、余弦绕组）,相距1／4节距(τ/2)
第三章 测量模块
测量模块：传感器+信号调理+测量系统 作用：信号采集处理，把机械模块的状 态和性能参数转为电信号，并作信号转 换和信号处理，提供给检测和控制。
常用传感器（被测量）：位移、速度、 加速度、力（转矩）、压力
第一节
机械量传感器分类
一 传感器：将被测变量变换为其他形式的信号的装置。 通常是将非电量转化为与之友确定对应关系的电量输出 的器件或装置。
第五节
dv d x a 2 , dt dt
2
加速度传感器
若直测 v, x , 经微分，误差会放大。
a F / m，
, 固定m , 测力F ，间接算 a.
质量-弹簧-阻尼系统
二 结构 : 应变式结构：a→ma→悬臂梁弯曲→应变片测变形量x. 压电式结构：a→ma→压电元件变形→电荷Q。
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2．工作原理 滑尺的正弦绕组加激磁电压,定子感应电压随滑尺位移 而变化，定子感应电压与定子和滑尺的位置关系如下图.
休息
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结论: • 滑尺的正弦绕组加激磁电压，定尺得到的感应电压是余弦波形。 又因为滑尺余弦绕组与正弦绕组错开1／4节距（即 /2），所以在 滑尺的余弦绕组的激磁下，定尺的感应电压应是按正弦规律变化。 •滑尺移一个节距2τ（2mm），感应电势变化2角度。 当移动量为X mm时，感应电势变化机角度， 则 2τ/2= X/ ,即X= （τ /）. （弧度）（mm) =（ （度）/360）× 2τ =（ （度）/360）× W (P80) (二）感应同步器应用 感应同步器与旋转变压器一样，有鉴相与鉴幅两种应用方式 1．鉴相方式(P79) 滑尺绕组，加同频同幅不同相的电压 US=Umsinwt–––定子感应电压为K.Umsinwt.cos UC=Umcouwt–––定子感应电压为-K.Umcoswt.sin 叠加：得定子感应电压为 U=KUmsinwtcos–KUmcoswtsin =KUmsin(wt–)= KUmsin(wt–x. / τ) ----输出电压的相位角与滑尺线位移成正比。