位移传感器

数控机床位移检测系统

作者：刘长江

班级：W14电气五班

学号：不告诉你

摘要：传感器现在已经融入了我们的生活,例如汽车、手机、机床还有最近几年流行的佩戴时设备都有传感器的身影。今天我们就设计数控机床位移检测系统用几种传感器做一下比较，分别从：量程、使用环境、安装和经济性等方面比较它们各自的特点。

关键词：传感器、机床、位移检测、比较、量程、经济性

引言：

数控机床的进给运动为三坐标运动，即各自沿笛卡尔坐标系的X.Y.Z 轴的正负方向，在闭环伺服系统中，位置伺服控制是以直线位移或转角位移为控制对象，通过检测机床的位移量建立反馈，是伺服控制系统控制电机向减小偏差的方向运动，因此位置检测的准确性决定了加工精度。

1、系统组成：

设计中X.Y.Z 轴3路位置测量系统相同，且X.Y.Z 轴的定位精度保持在0.4mm ，硬件均由位移传感器、信号变换电路、计数器电路（含辨向功能）和单片机8032组成。

图1 系统原理

2、系统硬件设计及选择原理

电涡流传感器

是利用电涡流反应将非电量转换成阻抗的变化而进行测量的一种传感器。可进行非接触测量，并且测量范围大，灵敏度高，量程在1mm —几十mm 之间，不受油污等介质的影响，结构简单，安装方便等，但是价格昂贵几千之间。

光栅位移传感器

光栅式传感器有如下特点：

①精度高。光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器。在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的。

②分辨率0.001~0.1μm ；测量范围米，大量程测量兼有高分辨力。感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅式传感器。

③可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化。

④具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格，价格一般在几百之间。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用百分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。百分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm 以内。

位移信

号位移传感器变换电路可逆计数器三态D 锁存器单片机

磁删位移传感器

磁栅传感器也是一种用于检测位移的传感器，它的价格低于光栅，具有制作简单，易于安装，调整方便，测量范围宽（0.001mm - 十几米），抗干扰能力强等一系列优点。目前可实现测量分辨率1-5μm，系统精度±0.01mm/m。敞开式磁栅尺容易受磁场影响,封闭式磁栅尺则无此困扰,但成本较高。

电容位移传感器

电容位移传感器能实现无接触测量。量程在20-1250um，（从原理上它适合较小的尺度的测量，越大精度越低，干扰越大）它采用合适的检测电路，做到灵敏度高、分辨力强、能分辨微小的位移。还有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强和使用操作方便。价格一般在5-20元之间。

安装按下测量键，将传感器借助弹性夹套安装到磁表座（或用户自制专用夹具）上，使测量电极板端面接近被测物体的表面，平面或圆柱面，尽可能平行，球面尽可能对中。

缺点是电容位移传感器的量程比较小，一般只有几十个毫米，容易受外界干扰和分布参数的影响。

霍尔位移传感器

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，一般用来测1-2mm 小位移，且价格较便宜。

霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。

两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。

结论

从量程、使用环境、安装、经济性四个方面应该选择光栅位移传感器，光栅位移传感器测量位移是利用光闸莫尔条纹原理来实现的。

工作时将标尺光栅、指示光栅分别安装在支承导轨和动导轨。在一个莫尔条纹宽度内，按照平均间隔放置4个硅光电池，则每相邻两块之间的的距离为1/4莫尔条纹宽度。当指示光栅随着动导轨移动时，莫尔条纹移动获得4路正弦波信号a、b、c、d相邻两组相位相差90°。将a，c和b，d分别送到两只差分放大器，则从差分放大器输出两路相位相差90°的正弦波放大信号X,Y。设计选用差分放大器实现信号的电压与功率放大，能有效抑制干扰信号影响，矫正因光栅尺和读数头的机械误差造成的信号相位误差。