电感式传感器在圆度仪中的应用
圆度误差测量实验
• 2、仪器结构： • YD200型圆度仪是转台式的精密仪器。该仪器常用于 测量工件圆度误差。主要组成部分有： • 1）转台部分（见图1）：转台直径为200mm，可承载 最大重量为10kg的工件。转台下端装有精密转轴，其 转速为2.5 转/秒。转台上相隔90°的二个调节钮， 可调节转台台面的倾斜，调节范围为±2圈(±40′)。 注意：操作者不得旋动这二个调节钮。 • 2）立柱部分（见图2）：立柱上装有滑座1，旋动升 降手轮5可使滑座沿立柱上下移动，用锁紧手柄4可将 其锁紧。旋动前后移动手轮2可使支杆8前后移动，用 锁紧手柄3可将其锁紧。旋动微调螺钉9可使传感器测 端小范围摆动。立柱上标有位移高度指示，全程位移 量为250mm。 • 3）传感器部分：仪器上装有电感式传感器，可垂直 或水平安装。测杆可在测量面内转位到某一位置。传 感器的测端与工件接触用于测量。
五、 实验步骤 1、找正： 将被测工件放在转台上，前后、上下移动传感器使 传感器测端沿转台半径方向靠近工件。调整工件使工件的 几何中心与转台旋转中心大致重合。 双手施加纯扭矩、逆时针拨转拨盘使转台转动。目 测间隙变化，并用找正锤敲拨工件，找正使工件的几何中 心与转台的回转中心重合。 2、将放大器各控制旋钮置于合适的位置： 电源开关—接通 工作开关—测量 波度开关—1～500周波/圈 倍率开关—100倍率档 补偿电位器—1 笔移电位器—1
•
• 圆度误差等于记录纸上格数×格值，格值与放大 倍率有关，放大倍率为100时，格值为20μm，其 余参考下表。
传感器应用技能实训-04习题答案
技能训练四电感式传感器二、思考题1．填空题（1）单线圈螺管式电感传感器主要由螺线管线圈和可沿线圈轴向移动的衔铁组成。
（2）电感式传感器一般用于测量位移，也可用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数的测量。
（3）对于差动变压器，当衔铁处于线圈中心位置时，两个次级绕组与初级绕组间的互感相同。
初级绕组加入激励电源后，两个次级绕组产生的感应电动势相同，输出电压为零。
但在实际应用中，铁芯处于差动线圈中心位置时的输出电压并不为零，该电压称为零点残余电压。
（4）电涡流传感器的整个测量系统由电涡流传感器和测量转换电路两部分组成。
（5）电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器，利用电涡流原理制成，主要用于金属物体的位置检测及判断。
（6）单线圈螺管式电感传感器相比于变隙式电感传感器优点很多，缺点是灵敏度低，它广泛用于测量大量程的直线位移。
（7）电涡流传感器常采用谐振电路和桥式电路作为测量电路。
（8）自感式电感传感器实质上是一个带衔铁的铁芯线圈，主要由铁芯、线圈和衔铁组成。
（9）单一结构的电感传感器不适用于精密的测量，在实际工作中常采用两个电气参数和几何尺寸完全相同的电感线圈共用一个衔铁构成的差动式电感传感器，（10）互感式电感传感器主要由衔铁、初级绕组和次级绕组组成。
由于在使用时两个次级绕组反向串接，以差动方式输出，因此称为差动变压器式传感器。
2．选择题（1）通常用电感式传感器测量（ c ）。
a．电压b．磁场强度c．位移d．压力（2）单线圈螺管式电感传感器广泛用于测量（ c ）。
a．大量程角位移b．小量程角位移c．大量程直线位移d．小量程直线位移（3）差动变压器的测量电路常采用（ c ）a．直流电桥b．交流电桥c．差分相敏检波电路和差分整流电路d．运算放大器电路（4）为了使螺管式差动变压器式传感器具有较好的线性度，通常（a ）。
a．取测量范围为线圈骨架的1/10～1/4b．取测量范围为线圈骨架的1/2～2/3c．激励电流频率采用中频d．激励电流频率采用高频（5）欲测量极微小位移应选择（ a ）电感传感器；希望线性好、测量范围大，应选择（ c ）自感传感器。
电感式传感器的典型应用
3）型号说明
A BC D E RS—93□□□□- □□□- □□ - □□□ -□□ RS：厂标 A：93□□□□ 螺纹壳体探头代号选择 B：□□□ 无螺纹长选择 公制螺纹探头 最小无螺纹长2mm 0 2 最大无螺纹长
250mm 2 5 0 加长递增量1mm 0 1
英制螺纹探头 最小无螺纹长0.1inches 0 1 最大无螺纹长
2）技术指标 I. 频响范围：0.5Hz～200Hz(-3dB) II. 灵敏度：8mV/μm±5%、 5mV/μm±5%、
4mV/μm±5% (或根据用户要求调整) III. 量程：±1mm（±2mm、±3mm 等） IV. 线性度：<2% V. 最大输出电压：8V（单峰） VI. 使用温度范围，-30℃~-80℃ VII. 工作方向：H 水平型 V 垂直型 VIII. 工作电源：±12VDC Ⅸ.安装方式： 在Φ56的圆周角上用2个M5螺钉
1.2.1 RS9300低频振动速度传感器
其外形如右图，它是利用磁电感 应原理把振动信号变换成电信号。主 要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼 等部分组成。在传感器壳体中刚性地 固定着磁铁，惯性质量（线圈组件） 用弹簧元件悬挂于壳体上。
工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时， 线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，产生感应电压， 该信号正比于被测物体的振动速度值，对该信号进行 积分放大处理即可得到位移信号。
1）特点：
I. 传感器有很低的使用频率，可以适用于低转速的 转动机器。
II. 相对于其它类型的振动传感器而言，RS9300传 感器有较低的输出阻抗，较好的信噪比。它同一般 通用交流电压表或示波器配合就能工作。对输出插 头和传输电缆也无特殊要求，使用方便。
III. 传感器设计中取消了有摩擦的活动元件，因此 使用寿命相对很长。传感器有一定抗横向振动能力 （不大于10g）。
电感式传感器应用场景
电感式传感器应用场景以电感式传感器应用场景为题，本文将介绍电感式传感器的工作原理、主要应用领域以及未来发展趋势。
一、电感式传感器的工作原理电感式传感器是利用电感的变化来检测物理量的传感器。
它由感应线圈和铁芯组成。
当感应线圈中通过交变电流时，会在铁芯中产生交变磁场，进而引起感应线圈中的电感值发生变化。
通过测量感应线圈中的电感值的变化，可以判断被测量的物理量的变化情况。
二、电感式传感器的主要应用领域1. 位移测量：电感式传感器可以通过测量电感值的变化来实现位移测量，广泛应用于机械加工、自动化控制等领域。
例如，在汽车制造过程中，可以利用电感式传感器来测量发动机的运动轨迹，从而实现精确的运动控制。
2. 压力测量：电感式传感器可以通过测量被测物体所受压力引起的变形来实现压力测量，常用于工业生产中的液位、气体压力等的测量。
例如，在石油化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的液位，以确保生产过程的安全和稳定。
3. 温度测量：电感式传感器可以通过测量被测物体温度引起的热膨胀变化来实现温度测量，被广泛应用于工业生产中的温度控制领域。
例如，在电力行业中，可以利用电感式传感器来测量变压器的温度，以避免过热引发事故。
4. 流量测量：电感式传感器可以通过测量流体流动引起的涡旋产生的电感值变化来实现流量测量，常用于工业生产中的流体控制领域。
例如，在化工行业中，可以利用电感式传感器来测量管道中的流体流量，从而实现精确的流量控制。
三、电感式传感器的未来发展趋势随着科技的不断进步，电感式传感器在各个领域的应用也在不断拓展。
未来，电感式传感器有以下几个发展趋势：1. 进一步提高精度：随着技术的发展，电感式传感器的测量精度将进一步提高，可以实现更加精确的测量。
这将在工业自动化、医疗诊断等领域发挥重要作用。
2. 增加多功能性：未来的电感式传感器将具备更多的功能，可以同时测量多个物理量，并实现多种复杂的控制。
这将提高传感器的应用灵活性和效率。
电感式传感器及其应用全文
电感式传感器及其应用3.1自感式传感器3.2差动变压器式电感式传感器 3.3电涡流式电感传感器3.4电感式传感器的应用电感传感器（Inductance sensor）利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量的变化，进而由测量电路转换为电压或电流的变化量。
电感式传感器种类很多，主要有自感式、互感式和电涡流式三种。
可用来测量位移、压力、流量、振动等非电量信号主要特点有：◆结构简单、工作可靠；◆灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；◆测量精度高、零点稳定、输出功率较大；◆可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用；主要缺点有：◆灵敏度、线性度和测量范围相互制约；◆传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
3.1自感式传感器3.1.1传感器线圈的电气参数分析3.1.2自感式传感器3.1.3自感式传感器的误差3.1.1一.传感器线圈的电气参数分析如图，其为一种简单的自感式传感器，当衔铁随被测量变化而上、下移动时，其与铁心间的气隙发生变化，磁路磁阻随之变化，从而引起线圈电感量的变化，然后通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非量到电量的变换。
可见，这种传感器实质上是一个具有可变气隙的铁心线圈。
1 l0 2类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感通常都具有铁心线圈或空心线圈(后者可视作前者特例)。
电路参数及其影响：1.线圈电感L由磁路基本知识可知，匝数为W的线圈电感为式中——磁路总磁阻(31)-m R mR W L /2=当线圈具有闭合磁路时－导磁体总磁阻当线圈磁路具有小气隙时式中——气隙总磁阻(32)-(33)-δR δR W L /2=F R F R W L /2=等效磁导率:即将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μe ，磁通截面积为S，磁路长度为l式中——真空磁导率，＝4π×10-7(H/ｍ)2.铜损电阻 取决于导线材料及线圈的几何尺寸3.涡流损耗电阻由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。
电感式传感器原理及在几何量计量检定中的应用
电感式传感器原理及在几何量计量检定中的应用感应式的传感器现在由于其宽泛的应用特性和良好的应用效果已经得到了越来越多方面的青睐，电感式的传感器主要组成成分包括振荡器，开关电路以及放大信号需要用到的输出电路三个主要成分。
电感式传感器在计量检定过程中可能会表现出良好的应用效果，尤其是几何量的测量过程中，电感式传感器对于位移偏移量的测量或许有更好的效果。
文章从这一点出发进行阐述，希望可以给有关从业人员以启发。
标签：电感式传感器;几何量测量;传感器应用1 前言电感式传感器由振荡器，开关电路和放大输出电路组成。
振荡器产生交变磁场，当金属靶接近磁场并达到感应距离时，金属靶中将产生涡流，这将导致振荡衰减甚至停止。
振荡器的振荡和振荡后由放大电路处理并转换成开关信号，以触发驱动控制装置用于非接触检测目的。
2 电感式传感器电感式传感器的工作原理是电磁感应。
它是把被测量（如位移等）转换为电感量变化的一种装置。
按照转换方式的不同，可分为自感式（包括可变磁阻式与涡流式）和互感式（差动变压器式）两种。
电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。
常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。
在实际应用中，这3种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。
这种传感器的气隙随被测量的变化而改变，从而改变磁阻。
它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。
δ一般取在（0.1～0.5）mm之间。
这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变，从而改变磁阻。
它的灵敏度为常数，线性度也很好。
它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。
其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。
衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。
这种传感器的量程大、灵敏度低、结构简单，便于制作。
3 电感式传感器在几何量测量中的应用在几何量计量检定中，有些数据处理量很大。
基于电感传感器的圆度测量系统研究
《工业控制计算机》2019年第32卷第9期在工业生产中,回转类零件的圆度直接影响回转类零件及其配合件的配合性质、回转精度和工作寿命,因此提高圆度测量的精度和自动化程度有着绝对的现实意义[1]。
本文设计了一种基于电感传感器的圆度测量系统,系统采用动态偏置检波实现了传感器的信号处理。
研究内容主要包括测量系统整体方案设计、相敏检波误差分析、偏置检波电路设计、信号采集软件设计等。
1测量系统整体方案设计如图1所示,本文设计的圆度测量系统基于旋转式工作平台。
测量时,传感器固定不动,被测工件置于测量平台中心,随回转平台一起回转。
工件的圆度误差将引起传感器测头发生位移。
测量系统根据传感器测头的位移以及平台的旋转速度绘制工件表面曲线,并使用圆度拟合算法评定圆度误差。
图1圆度测量系统示意图1.1电感传感器原理本文采用互感式电感传感器,其结构与原理如图2所示,图中U为传感器激励信号,L1a为主线圈电感,L2a、L2b分别为次级线圈电感,E2a、E2b分别为两个次级线圈的感应电动势,r2a、r2b为次级线圈的内阻,R L为传感器的外部负载,U o为传感器的信号输出。
传感器测头的位移引起传感器衔铁的位置改变,进而导致线圈互感系数的变化。
当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响,线圈2a中磁通W2a将大于线圈2b中磁通W2b,使互感系数M1>M2,因而感应电势E2a增加,而E2b减小;反之,活动衔铁向下移动时,E2b增加, E2a减小。
传感器的输出信号U o满足:U o =E2a-E2b(1)因此当衔铁位移x变化时,电感传感器的输出信号U o也将发生改变,实现了位移量到电信号量的转变。
图2电感传感器的结构与原理1.2圆度测量系统工作原理电感传感器内部电桥输出的微弱电平信号容易损耗[2],因此需要经过调制、放大、解调等步骤,才能传输到测量系统。
本文设计的测量系统的工作原理如图3所示。
图3圆度测量系统工作原理首先传感器采集被测工件表面信息,振荡电路产生一定频率的载波对传感器信号进行调幅处理,调幅信号经过一定倍率放大后,结合载波频率进行解调。
最新34电感式传感器的应用
11.02.2021
28
4~20mA二线制仪表接线方法
4~20mA
11.02.2021
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4~20mA二线制数显表外形及计算
在上一张图中，若取样电阻RL =500.0， 则对应于4~20mA的输出电流，输出电压Uo为 2~10V。
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结语
谢谢大家聆听！！！
31
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六、电感传感器在粗糙度测量中的应用 ——手持式粗糙度仪
•触针: 金刚石圆锥； •针尖圆弧半径：5μm； •可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据； •可进行粗糙度参数的打印； •可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复 杂表面进行测试；
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21
粗糙度仪外形
金刚石测头
1—压力输入接头 2—波纹膜盒 3—电缆 4—印制线路板 5—差动线圈 6—衔铁 7—电源变压器 8—罩壳 9—指示灯 10—密封隔板 11—安装底座
19
压力测量用的膜盒
膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是 一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两 侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能 够将压力变换为直线位移。
34电感式传感器的应用
其他电感测微头
11.02.2021
2
电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）
汽缸
直径测微装置
控制键盘
长度测微装置
滑道
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9
机械及气动元件
电感测微器
汽缸
气水分离器 （供气三联件）
气压表 （0.4MPa左右）
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导气管
储气罐
10
电感式传感器与其应用传感器原理与其应用课件
衔铁上移，设Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ，则
•
•
UZ UL
U0 2
Z
2
L
变压器电桥原理图
同理衔铁下移时 •
•
U0
-UZ-UL 2 Z 2 L 电感式传感器与其应用传感器原理与其应用
可见，衔铁向不同方向移动时，产生的输出电压U0大小
相等、方向相反，即相位互差180º，可反映衔铁移动的方向。 为了判别交流信号的相位，需接入专门的相敏检波电路。
电感式传感器与其应用传感器原理与其应用
假定电桥输出端的负载为无穷大, 则得输出电压
U sc Z U 1s rZ Z 1 2 Z U 3s rZ Z 3 4 (Z 1 Z 1 Z Z 4 2 ) (Z Z 3 2 Z 3 Z 4 )U sr
起始衔铁处于中间位置：
1 2 0
L1 L2 L0
电感式传感器与其应用传感器原理与其应用
一、差动变压器式传感器结构及原理
差动变压器式传感器, 简称差动变压器, 是一个有可动铁 芯和两个次级线圈的变压器。
传感器的可动铁芯和待测物相连, 两个次级线圈接成差 动形式, 可动铁芯的位移利用线圈的互感作用转换成感应电 动势的变化, 从而得到待测位移。
I1 Usr
电感式传感器与其应用传感器原理与其应用
四、测量电路 1、交流电桥
实际应用中，交流电桥常和差动式自感传感器配合使用, 这样既提高了灵敏度，又改善了线性度。
Z1、Z2为工作臂，即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂
起始位置 衔铁处于中间，气隙相等，电桥平衡。
当衔铁偏离中间位置，两边气隙不 等，两只电感线圈的电感量一增一 减，电桥失去平衡。
电感式传感器与其应用传感器原理与其应用
电感式传感器的应用
2.差动变压器式传感器在仿形机床上的应用
1—标准靠模样板 2—测端（靠模轮） 3—电感测微器 4—铣刀龙门框架 5—立柱 6—伺服电动机 7—铣刀 8—毛坯
仿形铣床外形 仿形头
仿形机床采用 闭环工作 方式
主 轴
3、差动变压器用于位移测量
三、电涡流式传感器的应用
电涡流式传感器测量的恒定参数、变化量及主要用途见表3-1。 表3-1 电涡流式传感器测量的恒定参数、变化量及主要用途。
各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置
电动机转速测量
3.电涡流探伤 手持式裂纹测量仪
油管探伤
滚子涡流探伤机
滚子涡流探伤机是由计 算机控制的轴承滚子表 面微裂纹探伤的专用设 备，可探出深 30 μm的 表面微小裂纹。
电涡流传感器
涡流接近开关
•
电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、差动
变压器式、电涡流式传感器这三大类传感器。
电感式传感器的应用
一、 自感式传感器的应用
1、自感式位移传感器
轴向式电感 测微器的外 形 航空插头 红宝石测头
其他电感测微头
二、差动变压器式传感器的应用
1.差动变压器式加速度传感器
图 3-23 差动变压器式加速度传感器的结构原理图 1—悬臂梁； 2—差动变压器
恒定参数
变化量
ρ、μ、f、γ x μ、f、γ、x ρ、x、f、γ f、γ ρ μ ρ、μ、x
主要用途 位移、厚度尺寸及振动幅 度的测量 温度检测及材质的判断 应力及硬度的测试 物体的探伤
通过测量间隙来测量径向跳动
偏心和厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
2.转速测量
电感式传感器的应用
• 概述
各种电感式传感器
圆度仪原理【详解】
圆度仪是利用回转轴法测量圆度的长度测量工具。
圆度仪是种利用回转轴法测量工件圆度误差的测量工具。
圆度仪分为传感器回转式和工作台回转式两种型式。
测量时，被测件与轴系同心安装，轴系带着电感式长度传感器或工作台作的圆周运动。
由仪器的传感器、放大器、滤波器、输出装置组成。
若仪器配有计算机，则计算机也包括在此系统内。
圆度仪的分类:1、传感器回转式长度传感器把位移量转换为电量，经过放大、滤波、运算等程序处理后即由显示仪表指示出圆度误差，也常用圆记录器记录出或用阴射线管(CRT)显示出被测圆轮廓放大图。
传感器回转式圆度仪结构复杂，但轴系不受被测件重量影响，测量度较，适宜于测量较重工件。
2、工作台回转式工作台回转式圆度仪结构简单，但轴系受被测件重量载荷后会影响回转精度,故适用于测量较轻工件(如轴承滚道)。
圆度仪轴系的回转精度可达0.025微米，采用误差分离法，利用电子计算机自动补偿轴系的系统误差，并采用多次测量方法减小偶然误差，可将测量度提到0.005微米。
圆度仪的原理:圆度仪和三坐标测量仪的原理是样的，其实它的工作原理很简单，三坐标测量机就是个采点工具，其原理就是采点，然后由点构成线，再由线构成立体的三维模型。
三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有个能够放置工件的工作台(大型和巨型不定有)，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的种测量设备。
显然这是简单、原始的测量机。
有了这种测量机后，在测量容积里任意点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。
圆度仪的基本类型：圆度仪基本上有两种形式。
(1)工作台转动式：工件转动而检测器固定；(2)测量轴转动式：工件固定而检测器转动。
圆度仪的关键之一是旋转主轴有非常高的制造精度和装配精度。
传感器技术-第三章-34-电感式传感器的应用
8
仿形铣床外形
主 轴
仿形头
仿形机床采用 闭环工作方式
2019/12/4
9
四、电感式不圆度计原理
该圆度计采用旁向式电感测微头
2019/12/4
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电感式不圆度测试系统
旁向式电感测微头
2019/12/4
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电感式不圆度测量系统外形
（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）
测量头
旋转盘
2019/12/4
测微仪
圆柱滚子
6
电感式滚柱直径分选装置（外形）
（参考中原量仪股份有限公司资料）
滑道
分选仓位 轴承滚子外形
2019/12/4
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三、电感传感器在仿形机床中的应用
1— 标 准 靠 模 样 板 2—测端（靠模轮） 3—电感测微器 4—铣刀龙门框架 5—立柱 6—伺服电动机 7—铣刀 8—毛坯
2019/12/4
•触针: 金刚石圆锥； •针尖圆弧半径：5μ m； •可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据； •可进行粗糙度参数的打印； •可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复 杂表面进行测试；
2019/12/4
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粗糙度仪外形
金刚石测头
2019/12/4
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粗糙度测量结果打印（1）
2019/12/4
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粗糙度测量结果打印（2）
3.4 电感式传感器的应用
一、位移测量
轴向式电感 测微器的外形
2019/12/4
航空插头
红宝石测头
1
其他电感测微头
2019/12/4
2
模拟式及数字 式电感测微仪
2019/12/4
3
轴向式电感测微器的内部结构
电感式传感器在圆度仪中的应用
ｕｘ ｕｘ
ｓｙｓｔｅｍ［ Ｊ］ ． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００１， ２５（ ３） ： ２００－ ２０５．
４
Ｏ
ｔ
［ ４］ 闵莉， 吴玉厚．圆度 误差检 测的 现状 与展 望［ Ｊ］ ．沈阳 建筑 工程 学
１．测杆 ２．线圈 ３．磁芯 ４．工件
（ ｃ）
院学报， １９９９， １５（ ３） ： ２７３－ ２７６．
０．０１μｍ。 ４ 信号调理
测量范围由线圈的长度和磁芯的移动量决定， 能适应
信号的处理和转换电路的设计思路如下： 调幅电感
０．００１μｍ 到数毫米范围的位移测量， 原理图如图 ２ 所示。 传感器输出的调制信号， 首先经过一路交流放大电路后
通过标准震荡器和稳幅电路获得频率和幅值稳定的正弦 进行倍率选择， 完成不同放大倍率的切换； 然后经过三级
（ 自然科学版） ， ２００２， ２３（ １１） ： １０５６－ １０５９
［ ２］ 黎 永 前 ， 等．圆 度 仪 微 机 测 量 系 统［ Ｊ］ ．实 用 测 量 技 术 ， １９９８（ １） ：
Ｏ
ｔ
３８－ ４０．
１
（ ｂ）
［ ３］ Ｈｏｒｉｋａｗａ， Ｏ．． Ａ ｌｏｗ ｃｏｓｔ． ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
社， １９９９． ［ ２］ 吕乃光．傅里叶光学［ Ｍ］ ．北京： 机械工业出版社， ２００６． ［ ３］ Ｕ．Ｗｉｅｄｍａｎｎ， Ｐ．Ｇａｌｌｉｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｈ．Ｄｕａｎ．Ａ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ
ｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｗ － ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ［ Ｊ］ ． Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， １９９８， １６ （ ７） ： １３４３－ １３４７． ［ ４］ Ｔｕｒａｎ Ｅｒｄｏｇａｎ．Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａ ［ Ｊ］ ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９７， １５（ ８） ： １２７７－ １２９４ ［ ５］ 胡广书．数字信号处理［ Ｍ］ ．北京： 清华大学出版社， ２００３．
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５结 论 实际测试表明， 采用电感式传感器的圆度仪具有
体 积 小 、精 度 高 的 特 点 ， 测 试 精 度 达 到 了 工 厂 的 标 准
ｘ ３
要求。
［ 参考文献］
Ｏ
ｔ
［ １］ 陈 立 杰 ， 张 玉 ．虚 拟 圆 度 误 差 测 量 仪 的 研 制［ Ｊ］ ．东 北 大 学 学 报
２
（ ａ）
ｕ０ ｕ０
圆度仪的工作过程： 传感器和测量头固定不动， 被测 零件放置在仪器的回转工作台上， 随工作台一起回转， 这 种仪器常制成紧凑的台式仪器， 易于测量小型工件的圆 度误差。
该仪器的检测原理为将被测工件放置在一个旋转的 工 作 台 上（ 如 图 １ 所 示） ， 通过 传 感 器 的 测 量 头 与 被 测 工
关键词： 电感式传感器；信号调理；圆度仪
中图分类号： ＴＧ８３４
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００２－ ２３３３（ ２００７） ０５－ ０１０７－ ０２
１引言 机械加工中常需要测量工件的圆度误差或机床的主
轴回转误差， 圆度误差的检测是一项重要而且繁琐的工 作。按 ＧＢ１１８３－ ８０ 与 ＧＢ１９５８－ ８０ 规定， 对于一个回转体 零件， 其横截面轮廓是否为一正圆， 需要与一理想圆进行 比较才能得出结论。圆度误差的评定过程就是将被测横 截面的实际轮廓与理想圆比较的过程。 ２ 圆度仪的工作过程及检测原理
４
３
滤波， 可使干扰减少到最少。其调制的过程是通过线性差 动变压器（ ＬＶＤＴ： Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）
采用屏蔽双绞线。２、４ 引脚间 的载波信号为一正弦波， 频
１２
来实现的。
率： ｆ＝１０ｋＨｚ。传感器的精度为
线性差动变压器是一种电气变换机构， 可将与线圈 分离的磁芯的位移变换为正比于该位移的电气信号。其
波，并将此作为传感器的输出信号的载波信号 ｕｏ。ｕｏ 通过 变压器加到电感传感器的线圈 ２ 上， 当传感器的测杆头 位置沿工件表面移动时， 磁芯 ３ 位置上下移动。当磁芯处
交流放大、滤波电路完成调制信号的预处理， 这一部分不 仅增强了有用信号， 而且对杂波和其它噪声信号进行有 效的虑除； 随后与原载波信号共同输入调制检波电路， 实
磁芯固定在一起， 另一端与测量头相连结。滑杆在壳体的 衬套中滑动。
号控制高频振荡的过程称为调制， 当被控制的是高频振
传感器外壳用导磁不锈钢制成， 它能屏蔽外磁场的
荡的幅度时， 这种调制称为调幅， 即调幅是指用调制信号 干扰。传感器的外壳要通过屏蔽线接地以免电场干扰。
控制高频载波的振幅， 使之按照调制信号的变化规律而
基于傅里叶变换光谱技术建立了光纤光栅色散测量
系统。测量系统具有高通量、多路接收、高分辨率、宽自由 光谱范围和杂散光低、结构简单、测量速度快等优点。所测 啁啾光纤光栅群时延具有 ５ｐｓ 的重复性。对系统进一步改 进、集成和小型化后， 具有很高的实用转化推广价值。
［ 参考文献］ ［ １］ 李 全 臣 ， 蒋 月 娟．光 谱 仪 器 原 理［ Ｍ］ ．北 京 ： 北 京 理 工 大 学 出 版
电感传感器的信号线为
变化的过程。在精密检测（ 例如检测精度 ０．０１μｍ） 中， 检 四线式， 其接口引脚如 图 ４ 所
测传感器的选择对最后的计算结果有很大的影响。采用 调制信号可大大提高信号的抗干扰能力， 加上适当的带通
示 ： ２、４ 为 载 波 信 号 输 入 线 ， １ 为输出线， ３ 为地线。传送电缆
的电感变化来实现测量。它具有精度高、工作稳定、结构 传感器的线性和跟踪特性。热
简单的特点。
稳定性要好， 不致于因温度变
检 测 工 作 台 上 的 电 感 传 感 器 与 工 件 表 面 轮 廓 相 接 化造成传感器输出的漂移。磁
触， 将其径向位移信号转换成高频调制信号， 输入到信号 芯尺寸及磁特性要一致， 以免
工评定被测工件的圆度误差及其偏心值。在整个仪器中
核心部分是信号拾取， 也就是利用传感器来检测被测工
件轮廓的变化并转换成电信号， 在将此电信号进行信号
调理后送入微机中进行处理。
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性最好。在 ＦＢＧ 的 ３ｄＢ 反射带宽以上的区域， 测量的重 复性优于 ５ｐｓ。
１０８ 机械工程师 ２００７ 年第 ５ 期
ｕｘ ｕｘ
ｓｙｓｔｅｍ［ Ｊ］ ． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００１， ２５（ ３） ： ２００－ ２０５．
４
Ｏ
．沈阳 建筑 工程 学
１．测杆 ２．线圈 ３．磁芯 ４．工件
（ ｃ）
院学报， １９９９， １５（ ３） ： ２７３－ ２７６．
图 ２ 线性差动变压器原理图 铁芯偏离中心位置的方向不同， 线圈输出端电压的
［ ５］ 朱学濂．精密测量和计算［ Ｍ］ ．北京： 机械工业出版社， １９８１． （ 编辑 立 明）
相位就不同， 通过鉴相， 并根据电压的大小， 即可判别铁 芯的移动方向， 并可求得铁芯的位移大小。输出电压与铁
作者简介： 殷建（ １９７４－） 男， 讲师， 硕士研究生， 研究方向为检测与传感。 收稿日期： ２００７－ ０３－ ０５
３ 电感式传感器
芯位移之间线性关系的特性
圆度误差测量的传感器有很多种， 如电容式传感器、 曲线如图 ３ 所示。
涡 流 式 传 感 器 、电 感 式 传 感 器 等 。本 文 选 用 的 是 电 感 式 传
传感器的磁芯要求用软
感器， 它是将被测部件几何尺寸的微小变化转换为线圈 磁材料， 剩磁要小， 以免影响
采 集和 控 制 卡 中 ， 然 后 经 过 倍 率 选 择 、放 大滤 波 、调 制 电 造成传感器特性的分散现象 （ 即制造出的传感器输出灵
路和 Ａ／Ｄ 转换电路完成信号的前端处理和转换。高频振 敏度各不相同） 。传感器的运动部分为一滑杆， 其一端与
荡＂携带＂低频信号， 是由低频信号去控制等幅高频振荡 源 的 某 一 参 数（振 幅 、频 率 或 初 相 位 ）来 达 到 的 。 用 低 频 信
实验中， 由于所测啁啾光纤光栅群时延远远大于背 景群时延（ 飞秒量级） ， 我们忽略了系统的背景色散， 背景 色散主要包括参考臂空气层的色散以及干涉仪中光纤长 度不匹配带来的色散。平面反射镜是系统中唯一运动的 部件， 其运动精度是系统性能好坏的关键。由于我们用等 时间间隔进行采样， 反射镜扫描速度的不均匀性会导致 光程差的非线性变化， 从而对系统精度造成影响。解决办 法是使用高相干干涉仪监测反射镜的平移， 加入过零电 路测定高相干干涉条纹的过零点输出信号触发系统采 样； 也可以采集高相干干涉图数据在随后的数字计算中 对宽带干涉图进行修正。系统的误差还包括探测器和电 子系统对频率响应的不一致， 模拟信号在数字化过程中 带来的量化误差以及离散傅里叶变换运算中的舍入误 差 ［５］等。针对各种误差进行数学上的分析， 从而进一步改 进整个实验系统是我们今后的研究方向。 ５结语
诊断与检测 Ｄ
Ｄｉａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉｓ ＆ Ｄｅ ｔｅ ｃ ｔｉｏ ｎ
电感式传感器在圆度仪中的应用
殷建， 李志远 （铜陵学院 机械工程系，安徽 铜陵 ２４４０００）
摘 要： 介绍了电感式传感器在圆度仪中的设计与实现。阐述了高精度电感式传感器的工作原理以及信号调理电路的
设计，实现了圆度误差的精确测量。
０．０１μｍ。 ４ 信号调理
测量范围由线圈的长度和磁芯的移动量决定， 能适应
信号的处理和转换电路的设计思路如下： 调幅电感
０．００１μｍ 到数毫米范围的位移测量， 原理图如图 ２ 所示。 传感器输出的调制信号， 首先经过一路交流放大电路后
通过标准震荡器和稳幅电路获得频率和幅值稳定的正弦 进行倍率选择， 完成不同放大倍率的切换； 然后经过三级
（ 自然科学版） ， ２００２， ２３（ １１） ： １０５６－ １０５９
［ ２］ 黎 永 前 ， 等．圆 度 仪 微 机 测 量 系 统［ Ｊ］ ．实 用 测 量 技 术 ， １９９８（ １） ：
Ｏ
ｔ
３８－ ４０．
１
（ ｂ）
［ ３］ Ｈｏｒｉｋａｗａ， Ｏ．． Ａ ｌｏｗ ｃｏｓｔ． ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
件轮廓接触， 在转台转动过程
中， 传感器测端的径向变化与
被测轮廓相当， 此变化量由传
感器接收， 并转换成电信号输
入到信号调理电路， 最后送入
单片机进行数据处理和分析，
并驱动记录仪表头， 用电敏方
式将轮廓的径向变化记录在与 转台同步转动的记录器的火花
图 １ 圆度仪工作台
记录纸上， 然后由检测人员借助一个同心圆透明样板， 人
社， １９９９． ［ ２］ 吕乃光．傅里叶光学［ Ｍ］ ．北京： 机械工业出版社， ２００６． ［ ３］ Ｕ．Ｗｉｅｄｍａｎｎ， Ｐ．Ｇａｌｌｉｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｈ．Ｄｕａｎ．Ａ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ
ｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｗ － ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ［ Ｊ］ ． Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， １９９８， １６ （ ７） ： １３４３－ １３４７． ［ ４］ Ｔｕｒａｎ Ｅｒｄｏｇａｎ．Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａ ［ Ｊ］ ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９７， １５（ ８） ： １２７７－ １２９４ ［ ５］ 胡广书．数字信号处理［ Ｍ］ ．北京： 清华大学出版社， ２００３．
于中心位置时， 通过两线圈的电感量相等， 输出 ｕｘ 为 ０。 现检测信号与载波高频信号的分离， 最后输入采样电路， 当磁芯偏离中心位置， 变压器中气隙磁阻发生变化， 导致 完成模拟信号到数字信号的转换。