现代检测技术第八章 位移的电测法(第14周)
微小位移的电测法
第21卷 第4期2002年12月延安大学学报(自然科学版)Jou rnal of Yanan U n iversity (N atu ral Science Editi on )V o l .21 N o.4D ec .2002微小位移的电测法Ξ任新成(延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000)摘 要:将非电量测量转化为电量测量可以极大地提高对非电量测量的技术指标。
微小位移的精确测量在诸多实验中均有重要的意义,为此,提出了若干种测量微小位移的电测法。
关键词:微小位移;电容式测量;电感式测量;霍尔元件;电阻应变片;非平衡电桥中图分类号:O 441.5 文献标识码:A 文章编号:10042602X (2003)022******* 长度量通常是采用米尺、游标卡尺、螺旋测微计等机械的方法进行测量的,但在一些特殊情况下的微小位移、微小形变(均为长度量),用这些传统的测量长度的仪器测不准、甚至测不出。
近年来由于非电量电测法的迅速发展,加上有时又要进行自动测量或非接触测量,电测法显示出极大的优越性,因而广泛应用于非电量的测量和控制中。
长度量电测法就是将长度的变化转换成各种电学量进行测量,可以用电容式位移测量、电感式位移测量、霍尔元件、电阻应变片等来测量微小位移。
1 电容式位移测量如图1所示,图中P 、P ′为两块长平行板,中间插有一块介电常数为ΕΧ的长条,从而组成具有某一物质材料的电容器。
当中间的长条块在平行板内移动(拔出或插入)△l 时,电容的变化量与平行板间充满介质的程度(ΕΧ・△l )有关,即[1]图1△C =Ε0ΕΧA d=Ε0ad(ΕΧ △l )(1)式中,Ε0为真空介电常数,ΕΧ为某介质的介电常数,A为充满介质部分的有效面积(a ・△l ),d 为两平行板间的距离。
当ΕΧ确定后,影响△C 值的仅是与微小位移△l 有关的量,△C 的变化可通过非平衡交流电桥测出。
由于式(1)中的位移△l 与△C 在小范围内呈线性关系,所以式(1)可写成△C =R m △l(2)式中,R m =Ε0ΑΕΧ d 。
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
2021/10/10
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
2）、一组等价磁性核的超精细耦合作用
当未成对电子同时受到几个相同的磁性核作用时，谱线的裂分数为： 2nI+1， 其强度比符合二项式展开。
例如，甲基自由基H3C,因受到3个等价氢的作用而呈现4条裂分谱线。 苯自由基阴离子则为7条谱线。
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现代分析测试技术
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
基本原理
电子和原子核一样是带电粒子，自旋的电子 因而产生磁场，具有磁矩 s
E = g H = h
一般在微波区（9.5-35千兆） 只有未成对的电子才有电子顺磁共振。 同样电子也存在自旋－晶格 弛豫和自旋－自旋弛豫现象
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
波谱特性
1. g因子
对于分子中的未成对电子， 除自旋运动外，还有轨道运动。 因此，在外磁场作用下，轨道运动也会产生一个内磁场H’，这样 未成对电子所处的磁场应为：
必然会产生自旋-轨道偶合(相互 作用)，使未考虑此作用时的能 级发生能级分裂(对应于内量子
数j的取值j＝l+1/2和j＝l-1/2
形成双层能级)，从而导致光电 子谱峰分裂；此称为自旋-轨道 分裂。
图所示Ag的光电子谱峰图除3S 峰外，其余各峰均发生自旋-轨 道分裂，表现为双峰结构(如 3P1/2与3P3/2)。
现代检测技术
压电陶瓷在制造时如添加杂质可变化居里温度。加杂质后，晶体其他性能也变化了。
17
§2.2 压电换能器－探头
§2.2.1探头旳种类
压电换能器主要由压电晶片构成。
（2）稳定性好(时间稳定性和温度稳定性)。材料进行老化处理老化。 （3）在换能过程中，波形不失真。机械Q值太大，频带宽度窄，产生波形畸变； （4）对振动方式有特殊旳要求，以便在传声媒质中得到所须波型旳超声波(如纵波、
横波、表面波、板波、弯曲波等) 。 （5）使用条件方面旳特殊要求，如防爆、防腐蚀、防辐射、 防漏、
(一) 压电应变常数(发射敏捷度) d33
施加电压 Ua，使厚度增长 ta ，则
d33
ta Ua
[米 伏]
(二) 压电应力常数(接受敏捷度) g33
厚度t 长a
施加压力 P ，晶体产生电压为 U p ，则
g33
Up P
[米 伏2 牛顿]
(三)压电形变常数 h33
施加一定压力，厚度增长ta ，
h33
Up ta
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下旳伸长 (a)极化处理前
制作过程： 配料 混合
(b)极化处理中 粉碎 预烧
剩余伸长 (c)极化处理后 成型 烧成 上电极
极化
测试
电极：陶瓷上镀旳一层金属（银、铜、金和镍）薄膜．
极化：在压电陶瓷上加一种强直流电场，使陶瓷中旳电轴沿电场方向取向排列． 未极化旳压电陶瓷因为其中旳电轴取向杂乱排列，不具有压电效应．
如: 锆钛酸铅PZT—5值 Qm <100。
Qm∝ Ra R0
(六) 自然频率
} Ra
R0
：压电体反谐振时旳阻抗 ：谐振时旳阻抗
相差愈大， Qm 愈高。
现代检测技术1
测量中存在累进性系统误差。
用阿卑－赫梅特准则判断，得：
＝0.485
求出均方根误差的平均值：
≈0.076
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1.4.3 随机误差
1）随机误差的统计特性
随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的 基础上，运用统计学方法得出统计规律
变差型系统误差。
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1 系统误差的发现
1）恒定系统误差
校准和对比 改变测量条件 理论计算及分析
2）变值系统误差
累进性系统误差的特点是其数值随着某种因素的变化而不断 增加或减小
累进性系统误差的检查：马利科夫准则，适用于判断、发
现和确定线性系统误差。此准则的实际操作方法是将在同一条
件下顺序重复测量得到的一组测量值
，按序排
列，求得：
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式中：Xi——第i次测量值； n——测量次数； ——全部n次测量值的算术平均值，简称测量均值； νi——第i次测量的残差。
求出它们相应的残差ν1,ν2,…νn, 并将这些残差序列以中 间νk为界分为前后两组分别求和，然后把两组残差和相减， 即
1
教学大纲
1.绪论（2学时） 2.先进传感技术（8学时） 3.红外检测技术（10学时） 4.专家系统（4学时） 5.软测量技术（4学时） 6.计算机视觉检测技术（8学时）
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第一章 绪论
1.1 检测的概念
定义：检测是指利用敏感元件或其他获取 手段得到被测量的信息。
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①由被测对象本身引起的误差：性质、状态、条件以及被测
现代力学测试技术-电测部分
（1-18）
例如，在某单向应力状态部位，平行应力方向帖两片应变片，垂直应力方向贴两片应变 片，平行片的应变 同垂直片的应变 的关系由泊松效应可知为 ' 。将平行片接入桥 臂 R1，R3 位置，垂直片接入 R2，R4 位置，则
（1-17）
上式表明， 输出电压的增量 U i 与桥臂上应变组合 ( 1 2 3 4 ) 成正比， 如将 U i 按 单位读数 U 0 K / 4 指示，则能直接读出 ( 1 2 3 4 ) 的大小，即输出读数
ds 1 2 3 4
（1-8）
上式说明，电阻丝的电阻变化率与其应变成正比，比例系数 K 0 称为电阻丝的灵敏系数。 应变片的栅状电阻丝同样有这样关系：
dR K R
用增量形式表示，则有
R K R
（1-9）
K 为应变片的灵敏系数。 K 值与敏感栅的材料和几何形状等有关，是由制造厂家用标准应
变设备抽样标定后，提供给使用者的。 （ 1） 电阻变化率
绝缘片基
敏感栅
引出线 丝式片 箔式片
（a） 图 1-1 电阻应变片
（b）
电阻丝的电阻变化与应变存在什么关系呢？我们从敏感栅中取一直线段， 其长为 L ， 截 面积为 S ，电阻率为 ，其电阻值为
R L S
（1-1）
当其长度发生变化 dL 时，电阻亦发生变化 dR ，将式（1-1）取对数后再微分，得
1 3 ， 2 4
由式（1-18） ，读数为
现代检测技术及应用课件-数字式位移检测技术
式中 U0—输出信号中的直流分量；Um—输出信号中正 弦交流分量的幅值；x—两光栅间的相对位移
将该电压信号放大、整形为方波，再由微分电路转换成脉 冲信号，经过辨向电路后送可逆计数器计数，就可得出位 移量的大小，位移量为脉冲数与栅距的乘积，测量分辨力 为光栅栅距W。
（5）位移方向的辨别
微动同步器的灵敏度大约为每度0.2~5V，测量范围约 ±5°~±40°，线性度优于0.1％。
3.角度编码器(Angular Encoder)
角编码器在结构上主要由可旋转的码盘和信号检测装置组成。
➢增量式 增量式编码器的输出是一系列脉冲，用一个计数装置对脉冲进 行加或减计数，再配合零位基准，实现角位移的测量。
➢绝对式 绝对式编码器的输出是与转角位置相对应的、唯一的数字码， 如果需要测量角位移量，则只需将前后两次位置的数字码相减 就可以得到要求测量的角位移。
常用的码盘主要有光电式和电磁式两大类。
3.数字式角编码器
⑴ 光电式绝对编码器结构与工作原理 光电式绝对编码器的码盘如图12-21所示
在360°范围内可编数码数 为24=16个，在圆周内的每 一个角度方位对应于不同 的编码 ，只要根据码盘 的起始和终止位置, 就可 以确定角位移
6.1 位移检测
位移(displacement) 是指物体或其某 一部分的位置相对参考点在一定方向上产 生的位置变化量。
位移是向量。因此位移的度量除要确定 其大小外，还要确定其方向。
6.1.1 位移检测方法
➢ 位移一般分为线位移和角位移。线位移测量包括 长度、厚度、高度、距离、镀层厚度等，角位移 包括旋转角、倾斜角、方向偏角等。
常用位移测量方法： （1）速度积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移转换法 （4）物理参数法
现代检测技术第八章 位移的电测法(第14周)
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26
位移的间接电测法 ——应变片 课本196页
图 8－1－1 悬臂梁式
应变
h 2 l
27
应变
h 2 l
应变电桥电压
h R 、 2R l
——相同的应变片
3 4
R 1、 R 2
——平衡电阻
由上式可见，等强度悬臂梁的可动端位移 通过应变电桥转换为 电压，该电压由指示仪表显示，即可检测等强度悬臂梁的可动端 位移 。 该结构简单，但是体积大，量程小，安装使用也不方便。为了减 少体积，扩大量程，可用楔形块与悬臂梁配合组成大位移电测装 28 置。
在高Q值条件下 (Q值是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频 率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器 的Q值越高，其损耗越小，效率越高。)
根据基尔霍夫定律：
j L I R1 I 1 1 1 jMI 2 U 1
j L I R2 I 2 2 2 jMI 1 0
第八章 几何量的电测法 ——位移的电测法
1
位移的电测法
•
课本195页
位移是指物体的某个表面或某点相对于参考 表面或参考点位置的变化。 • 位移有线位移和角位移两种：
– 线位移是指物体沿着某一条直线移动的距离； – 角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。
• 测量方法：直接测量、间接测量
2
利用其 结构参 数变化
90o
e BS sin BS
37
90o
微分电路 磁电式 传感器 显示 或 记录
量程选择
前置放大
积分电路
主放大器
SW
•接入积分电路测量位移； •接入微分电路测量加速度。
现代检测技术复习资料整理
A表：
第四章 阻抗型传感器
1.电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻（或电压）输出。
2.电位器传感器的工作原理:电位器式传感器是由电阻器和电刷组成，当电刷触点C在电阻器 上移动时，A、C间的电阻就会发生变化，而且阻值 与触点的位移或角位移x成一定的函数关系。
3.按输入-输出特性，电位器传感器可分为线性电位器和非线性电位器两类。按结构形式，可分为线绕电位器和非线绕电位器两类。在线绕式电位器的电阻器与电刷相接处的部分，将导线表面的绝缘层去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光滑而平整的接触道。
4.绕线电位器的优点：精度高、性能稳定、易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性。缺点：如阶梯误差、分辨力低、耐磨性差、寿命较低等。
传感器和敏感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而传感器是把非电量转换成电量。
5.常见的测量仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理？
答：常见的测量仪表有三种类型：普通模拟式检测仪表a、普通数字式检测仪表b、微机化检测系统c。
框图及（工作原理）：a、模拟式传感器、模拟测量电阻、模拟显示器。（在整个过程中，只是模数之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。）b、（模数转换式）模拟式传感器、模拟测量电路、A/D转换器、数字显示器。（模拟测量电路传感器输出的电量转换成直流电压信号，模数转换器把直流电压转换成数字量，最后由数字显示器显示测量结果。）或（脉冲计数式）数字式传感器、放大整形电路、计数器、数字显示器（准数字式传感器输出的频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来）.c、传感器、测量通道、微机、（数字显示器、数据记录仪、报警器）。（微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟量电路和数字测量电路组成。[传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。]）
《现代检测技术及仪表》课件第8章 机械量检测及仪表
8.1.2 电感传感器
电感传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测 量的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量 、重量、力矩、应变等多种物理量。电感传感器种类很 多，一般分为自感式和互感式两大类。习惯上讲的电感 传感器通常是指自感式传感器，而互感式传感器由于是 利用变压器原理，又往往做成差动形式，所以常称为差 动变压器式传感器。
力时，其磁导率会随应力的大小和方向而变化。受拉力时 ，沿力作用方向的磁导率增大，而在垂直于作用力的方向 上磁导率略有减小；受压力作用时则磁导率的变化正好相 反。这种物理现象就是铁磁材料的压磁效应。这种效应可 用于力的测量。 3. 压电式力传感器
压电式力传感器的工作原理与压电式压力传感器基本 相同，作为测力传感器，它具有以下特点：静态特性好， 灵敏度、线性度好、滞后小。压电式测力传感器已成为动 态力测量中的十分重要的部件。
增量光电码盘是随旋转角度输出一列连续脉冲波 的码盘，通过累计脉冲个数测量旋转角，若只使用一 个光耦合器只能检测转速，而不能检测转轴的绝对转 角和转向。
8.2.6 测速发电机
测速发电机是把机械转速变换为与转速成正比的电压 信号的微型电机，在自动控制系统中和模拟计算装置中， 作为检测元件、解算元件和角加速度信号元件等得到了广 泛的应用。在交直流调速系统中，常使用测速发电机构成 闭环速度反馈来改善控制系统的性能，提高系统精度。
8.1.3光栅传感器
光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种计量光栅， 主要用于位移测量及与位移相关的物理量（如速度、加速度 等方面）测量。由于光栅传感器具有准确度高、量程大、分 辨率高、抗干扰能力强，以及可实现动态测量等特点，所以 它在几何量和机械量等物理量的测量、数控系统的位置检测 和数控机床的伺服系统等领域得到了广泛应用。
《现代检测技术及仪表》第2版第8章课件
8.1 位移的电测法
8.1.1 位移电测法 8.1.2 位移的间接电测法
图 8－1－1 悬臂梁式
U0
kU 2
h l2
图 8－1－2 大量程位移传感器结构示意图
图8-1-3 悬臂梁和弹簧组合式
dc
图8-1-4 应变式角位移传感器
U0
kE 2
hl2c
Bcx
8.2.3 气体摆式
图 8－2－7 气体摆式倾角传感器
8.3 厚度的电测法
8.3.1 电感式和电涡流式
图8-3-1 反射式电涡流测厚原理
U U D ( 式绝缘薄膜或板材厚度测量原理
•
U0
•
UE(1n
d d0
)
图 8－3－3 电容式金属板材厚度测量原理
图 8－4－2 声速校正具
h s0t t0
图 8－4－3 浮臂式声速校正具
图 8－4－4 反射时间差法超 声界面传感器的原理
t1
2h
v1
t2
2(h1h2) v2
t1
hh1(t22t1)v2
h t1v1
2
8.4.2 浮力法
H (1 c )x
gA
图 8－4－5 浮筒式液位计原理图
8.4.3 差压法
pp
h h 1 2
0
g
8.4.4 电容法
图8－4－9 电容式物位传感器
2( )
C C x
0
0
ln(D)
H
d
3W sin
E
h2
tan
2
图 8－2－2 电位器式倾角传感器
图 8－2－3 振弦式倾斜角传感器
8.2.2 液体摆式
电动力学位移测试技巧分享
电动力学位移测试技巧分享在电动力学领域，位移测试是一项重要的技术手段，用于评估和分析电磁场中各种物体的运动特性。
本文将分享一些电动力学位移测试的技巧，帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、什么是电动力学位移测试？电动力学位移测试是指通过测量电磁场中物体的位移变化，来分析物体在电磁场中的运动情况。
它可以帮助我们了解电磁场对物体的影响，并为设计和优化电动力学系统提供依据。
在实际应用中，电动力学位移测试通常通过传感器记录并分析物体的位移变化。
二、选择合适的传感器在进行电动力学位移测试时，选择合适的传感器至关重要。
常用的传感器包括光电传感器、磁电传感器和压电传感器等。
光电传感器可通过光电效应将光信号转化为电信号，适合测量微小的位移变化；磁电传感器则利用磁效应将磁场信号转化为电信号，适用于测量磁场导致的位移变化；压电传感器则是利用压电效应将压力信号转化为电信号，适合测量受力导致的位移变化。
三、保证测试环境的稳定在进行电动力学位移测试时，需要保证测试环境的稳定，以提高测试结果的准确性和可靠性。
首先，要确保测试区域没有外界干扰，如强电磁场和振动等；其次，要注意温度和湿度的控制，避免影响传感器的性能；最后，要避免长时间的连续测试，以防止传感器的过热或损坏。
四、对测试数据进行分析在电动力学位移测试结束后，需要对测试数据进行分析和处理。
首先，要检查数据的准确性和完整性，排除异常值和噪声干扰；其次，可以利用数学模型对数据进行拟合和预测，以获得更多的信息；最后，要借助数据可视化的手段，如绘制位移变化曲线或构建动态模拟模型，来进一步理解和展示测试结果。
五、应用范例以电机的位移测试为例，有一个典型的应用场景是电机转子的位移测试。
通过在电机转子上安装合适的传感器，可以实时测量电机转子的位移变化，从而了解电机的性能和运行状态。
这对电机制造商和用户来说都是非常有价值的信息，可以帮助他们进行故障诊断和性能优化。
六、未来发展方向随着电动力学技术的不断发展，位移测试也将面临一些新的挑战和发展方向。
现代检测技术-电子测量-试题及答案整理版本
一、填空题：1。
某测试人员在一项对航空发动机页片稳态转速试验中,测得其平均值为20000 转/ 分钟（假定测试次数足够多）。
其中某次测量结果为20002 转/ 分钟，则此次测量的绝对误差△x ＝______ ,实际相对误差＝______ 。
答案:2 转/ 分钟，0。
01 ％。
2.在测量中进行量值比较采用的两种基本方法是________ 和________ .答案：间接比较法,直接比较法.3.计量的三个主要特征是________ 、________ 和________ .答案:统一性，准确性，法律性.4。
________ 是比较同一级别、同一类型测量标准的一致性而进行的量值传递活动。
答案:比对.5.计算分贝误差的表达式为，其中称为______ 。
答案：相对误差6。
指针偏转式电压表和数码显示式电压表测量电压的方法分别属于______ 测量和______ 测量.答案:模拟，数字7.为了提高测量准确度，在比较中常采用减小测量误差的方法,如______ 法、______ 法、______ 法。
答案:微差、替代、交换8。
本的测量对象来看，电子测量是对____ 和____ 的测量.答案：电量；非电量。
9.信息的的获取的过程是由( ) 和( ）两大环节。
答案：感知；识别。
10.有源量测量系统与无源量测量系统在功能结构上最显著的区别是有无______。
答案：测试激励信号源。
11。
触发跟踪方式为（触发开始跟踪加延迟）时，触发字位于数据观察窗口之外.12. 发生桥接故障时有可能使组合电路变成( 时序电路）。
二、判断题：1.狭义的测量是指为了确定被测对象的个数而进行的实验过程（错)2.基准用来复现某一基本测量单位的量值,只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。
(对）3.绝对误差就是误差的绝对值（错）4 ．通常使用的频率变换方式中，检波是把直流电压变成交流电压（错)4 ．通常使用的频率变换方式中，检波是把直流电压变成交流电压（）5 ．某待测电流约为100mA .现有两个电流表，分别是甲表：0。
位移测量实验技术使用方法分享
位移测量实验技术使用方法分享位移测量是工程领域中非常重要的实验技术之一。
在工业制造、土木结构、机械设计以及自动化控制等领域都有广泛应用。
本文将分享位移测量实验技术的使用方法，帮助读者更好地了解和应用这一技术。
一、引言位移测量是指通过使用传感器等装置来准确测量物体或物体上某点的位置变化的过程。
实验中常用的位移测量装置包括光学传感器、压电传感器、拉线式传感器等。
不同的装置有不同的适用范围和精度要求，因此在实验中需要根据具体需求选择合适的技术。
二、光学传感器光学传感器是位移测量中常用的一种技术。
它利用光电效应，通过检测光信号的变化来测量位移。
光学传感器具有灵敏度高、响应速度快、非接触等优点，因此在许多工程领域得到广泛应用。
在使用光学传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的光路通畅，避免受到外界光源的干扰。
其次，要选择合适的测量距离和工作环境，确保传感器能够准确测量位移。
最后，要根据实际情况选择合适的光学传感器类型，如激光位移传感器、线性编码器等。
三、压电传感器压电传感器是一种利用压电效应进行位移测量的技术。
它通过压电材料的变形来实现位移的测量。
压电传感器具有高精度、稳定性好等优点，被广泛应用于精密机械领域。
在使用压电传感器进行位移测量时，需注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的刚性连接，避免引入误差。
其次，要防止传感器受到外界力的干扰，以免影响测量精度。
最后，要根据需要选择合适的压电材料和传感器型号，确保测量结果的准确性。
四、拉线式传感器拉线式传感器是一种通过测量拉线长度来实现位移测量的技术。
它利用拉线的伸缩变化来反映被测物体的位移变化。
拉线式传感器具有简单、易懂等优点，广泛应用于物体位移的测量。
在使用拉线式传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保证拉线的张紧度合适，避免产生过大的误差。
其次，要在测量过程中保持拉线的稳定性，避免拉线破裂或脱离装置。
位移测量实验技术方法
位移测量实验技术方法在科学研究和工程领域中，位移测量是一项非常重要的实验技术方法。
通过对物体的位置变化进行精确测量，可以获得有关物体运动、形变和振动等参数的数据，进而为研究、设计和控制提供重要的依据。
常见的位移测量实验技术方法有许多种，其中包括光学方法、电子方法、机械方法等。
本文将简要介绍其中几种常用的技术方法。
光学方法是一种非接触的位移测量技术。
其基本原理是利用光的传播和干涉原理，测量物体的位移。
其中最常见的方法是激光干涉法和光栅法。
激光干涉法利用激光光束的干涉现象，在测量物体的表面产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的变化，可以确定物体的位移。
光栅法则是利用光栅的特性，在物体表面形成光栅条纹，通过分析条纹的变化，也可以测量位移。
这些光学方法具有测量精度高、非接触性强的特点，广泛应用于测量微小位移、形变和振动等领域。
不过，光学方法对环境要求较高，需要消除干扰光源和噪声。
电子方法是采用电子元器件进行位移测量的技术方法。
其中最常见的方法是电阻应变片和电容应变片。
电阻应变片利用金属电阻的变化来测量位移，其原理是电阻的大小与金属的拉伸或压缩程度有关，通过测量电阻值的变化可以确定位移。
电容应变片则是利用电容的改变来测量位移，其原理是电容与金属材料之间的距离与电容值成反比，通过测量电容的变化可以确定位移。
这些电子方法具有灵敏度高、测量范围广的优点，广泛应用于工程测量和控制领域。
机械方法是一种利用机械装置进行位移测量的技术方法。
其中最常见的方法是测微计和测量平台。
测微计是一种精密测量仪器，通过读取测微计上的刻度或数字显示，可以确定物体的位移。
测量平台则是一种用于固定和移动物体的平台，通过测量平台的移动距离可以确定位移。
这些机械方法具有结构简单、可靠性高的特点，广泛应用于工厂生产线、实验室和现场测量等领域。
除了上述几种常用的位移测量实验技术方法，还有其他一些新兴的技术方法也值得关注。
如声波、电磁波等无线传感器方法，通过利用无线传感器节点测量位移并传输数据，实现了实时监测和控制。
现代测试技术学习指导书
现代测试技术学习指导书编写：马德贵安徽农业大学工学院二○○八年三月第1章绪论(一)学习的基本内容：机械工程测试工作的重要性、主要内容、测试系统的组成框图意义。
(二) 学习的基本要求：1．理解测试的基本概念，了解测试工作的重要性与必要性。
2．掌握测试系统的组成及功能。
(三) 学习的重点难点：重点：电测法测试系统的组成及作用。
(四) 思考题：1．测试技术的基本含义是什么？它包含哪些方面的工作？试举例说明。
2．测试技术中测量参量的基本内容是什么？机械工程专业研究的主要测量对象是哪些？3．非电量电测系统的基本组成有哪些？各部分的功能如何？4．测试技术的手段和方法有哪些？试举例说明。
5．现代测试技术的发展趋势是什么？6．非电量电测系统的基本类型有哪些？第2章测试系统分析(一) 学习的基本内容：测试信号的基本概念、类型、分析方法、测试系统的基本特性。
(二) 学习的基本要求：1．掌握系统静态特性和动态特性概念、明确测试系统通常要同时满足这两种特性。
2．掌握确定性信号的分析方法。
3．掌握二阶系统的频率特性。
(三) 学习的重点难点：重点：静、动态特性的概念，信号的分析方法。
难点：二阶系统的频率特性。
(四) 思考题：1．测试系统的静态特性和动态特性的主要描述指标有哪些？这些指标的定义及其含义各是什么？2．测试系统不失真传输信号的时域和频域条件分别是什么？3．试说明二阶系统常使阻尼比ξ= 0.7~0.8的原因。
4．求周期信号x（t）= 0.5cos10 t + 0.2cos(100t – 45°)通过传递函数为1H(S)0.05S1=+的装置后所得到的稳态响应。
5．某加速度传感器可作为一个二阶振荡系统考虑。
已知传感器的固有频率为10kHz，阻尼比ξ= 0.12，当用此传感器测试5kHz正弦加速度时，幅值失真和相位滞后各是多少？若阻尼比ξ= 0.7，幅值失真和相位滞后又各是多少？6．描述测试系统的基本特性所用的传递函数和频响函数的意义是什么？两者的区别如何？7．进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。
《现代检测技术》-位移检测技术列表
度
光电码盘
磁电码盘
圆光栅
分解器 旋转变压 器
光纤位移传感器 超声波检测
磁电式位移传感器 激光检测
霍尔式位移检测 电位器式位移检测
米
光栅尺 计算机视觉 磁致伸缩位移计
千米
激光测距 卫星定位系 统 视觉检测
激光检测
电子雷达
超声波检测
SAR
电感式位移检测
电容式位移检测
电位器式位移检测
角位移
检测
秒
分
光学干涉 方法
圆光栅
计量光栅 分解器
磁栅
Байду номын сангаас
电感式
电容式
纳米范围
扫描探针显微 镜 扫描隧道显微 镜
原子力显微镜
微米范围
探针式显微镜 电子显微镜 光学显微镜
线位移检测技术
毫米范围
光电反射式位移传感 器 三坐标仪
螺旋测微仪
电子显微镜 三坐标仪
光栅尺
光学显微镜 千分仪
磁栅尺
激光干涉仪 激光干涉仪
容栅尺
应变式位移计
感应同步器
电容式位移传感器 电容式位移传感器
感抗式位移传感器 感抗式位移传感器
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• 差动式电容式传感器有
C1 C2 U C1 C2
C1 C2 d C1 C2 d 0
公式（3-2-9）
• 带入得：
d 0.05 u sc u sr 3 sin t 0.25 sin t (V ) d0 0 .6
43
78页 3-25
当 Z1 Z 2 时，式 （１）中括号项为正， 而 U i 也为正， 故 U CD 0 ； 式（２）中括号项为负， Ui 而 也为负， 故 U CD 0 。 因此由式（１）和（２） 都可得， 。 U CD 0 同理，当 Z1 Z 2 时，由 式（１）和（２）都可 得， U CD 0 。 单向脉动电压经过阻容 滤波后得到直流输出电 压 U0 。 U0的正负决定于衔铁位 移的方向， U0的大小决定于衔铁位 44 移的大小。
1 1 • 推导得： C 2 C C0 0 l d1 1 d 2 2
x
1bl
42
78页 3-18
• 解（1）初始电容 C1 C2 C0
S
d
0r 2
d0
• （2）参考课本55页交流电桥由公式（3-2-25）得
30
位移的间接电测法 ——霍尔元件
• 霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 霍尔电动势。该半导体薄片称为霍尔片或霍尔 元件
霍尔电压
RH IB IB K H IB UH d nqd
霍尔系数
霍尔元件的灵敏度
31
RH IB IB K H IB UH d nqd
Ui
• 电荷密度
131页 4-9
2d 31 d 33 T 2 78 10 12 190 10 12 T
34 10 12 T 34 10 12 10 10 3
M f ( x)
17
感应同步器测位移
• 在滑尺的绕组 中，施加频率 为f（一般为 2~10kHz） 的交变电流时， 定尺绕组感应 出频率为f的 感应电动势。 感应电动势的 大小与滑尺和 定尺的相对位 置有关
定尺
滑尺
18
二、感应同步器
• (1)鉴相式工作法 • 滑尺的两个励磁绕组分别施加相同频率和相 同幅值，但相位相差90o的两个电压，设
25
26
位移的间接电测法 ——应变片 课本196页
图 8－1－1 悬臂梁式
应变
h 2 l
27
应变
h 2 l
应变电桥电压
h R 、 2R l
——相同的应变片
3 4
R 1、 R 2
——平衡电阻
由上式可见，等强度悬臂梁的可动端位移 通过应变电桥转换为 电压，该电压由指示仪表显示，即可检测等强度悬臂梁的可动端 位移 。 该结构简单，但是体积大，量程小，安装使用也不方便。为了减 少体积，扩大量程，可用楔形块与悬臂梁配合组成大位移电测装 28 置。
90o
e BS sin BS
37
90o
微分电路 磁电式 传感器 显示 或 记录
量程选择
前置放大
积分电路
主放大器
SW
•接入积分电路测量位移； •接入微分电路测量加速度。
• 掌握 例4.1-1
课本82页
38
作业讲解
39
27页 2-2
40
27页 2-7
根据
xmax G % L
由于导体本身 电流的变化而产 生的电磁感应 现象
11
自感式传感器测位移 ——单一式变气隙自感式传感器
N 2 0 A 初始自感为：L0 2 0
N——线圈匝数 μ0—空气隙的磁导率； μ0=4.7*10-7H/M A——空气隙的横截面积 δ0——空气隙的长度
课本61页
当衔铁下移Δδ时，δ=δ0+Δδ，得自感L为
L 2 L0 K0 0
13
• 把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器 称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基 本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故 称差动变压器（式传感器）。
互感式传感器测位移
14
图 3－3－6 差动变压器及其等效电路
当次级开路时
.
U I1 r1 j L1
精密电位器
转换元件
电信号
位移
5
课本28页
图 3－1－1 电位器式传感器工作原理
R R
x
AB
RAC f ( x)
U U
x
AC
U
R
AB
U f ( x) f ( x) R
6
电容式传感器测位移
非电量
电容元件
电容变化
C=ε0εrA/δ
真空介电常数ε0 (8.854×10－12F/m)、极板间介质的相对介电常数εr、 极板的有效面积A以及两极板间的距离δ
U s U m sin t ' " 则 U2 U2 U2
U c U m cos t
KU m sin t cos KU m cos t sin KU m sin(t )
从上式可以看出，只要测得相角，就可以知道滑尺 的相对位移x：
x
360
o
T
(G为精度等级，L为量程）
41
78页 3-17
提示：变介质型电容式传感器C=两种介质电容之和
• 解： • 设极板宽为b，则
C C A CB bx bx b(l x) 1 2 1 d1 d2 d1 d 2
• 令极板间无介质块时的电容为 C 0 d d 1 2
U 2 U 21 U 22
.
.
j ( M 1 M 2 ) . j ( M 1 M 2 ) I 1 U 1 15 r1 j L1
.
电涡流式传感器测位移
成块的金属置 于激励线圈产生 的交变磁场中， 金属体内就要产 生感应电流，这 种电流的流线呈 闭合曲线，类似 水涡形状，这种 现象称为电涡流 效应。 16
位移的电测法
2．采用物性型传感器配上相应的敏感器
利用其 物理特 性变化 变化
3．速度积分法——速度传感器+积分器
3
位移的直接电测法
• • • • • • • 电位器式传感器 电容式传感器 自感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器 感应同步器 直接编码器、增量编码器
4
电位器式传感器测位移
机械位移信号
kU h U 0 k U h 2 U l 2 2 l
0 2
图 8－1－2 大量程位移传感器结构示意图
这种结构形式的位移量程可达几十毫米甚至更大。 例题：8.1-1
29
位移的间接电测法
• 应变片 导体或半导体机械形变引起阻值发生变化 （应变电阻效应） • 霍尔元件 （霍尔效应）可分别用于测量应变、磁场强 度。但本身不包含可动部分。因此不能直接用 于测量位移。需要配置适当的敏感器。组成间 接的位移传感器
N 20 A L L0 L 2 ( 0 ) L0 1
0
灵敏度：
L L0 K0 0
12
自感式传感器测位2 0
掌握推导过程
灵敏度K0为
变面积型、螺管型自感式传感器略
21
00
01
0000
1111
11
10
例：如图四位二元码盘，只有 最靠近码盘中心的两个光电元 件受光照产生电信号，其余两 个均未受到光照。计算码盘此 时的转角。 解： 由题意可知： C1C2C3C4=1100 对应十进制数12 故转角为：
11
0
01
001
1100
0011
1011
0100
101
1
0
0 01
360 N 4 12 22 . 5 270 2
22
10
01
1000
0111
01
10
增量编码器测位移
• 三条码道 • 计数N • 转角为 m个透光和不透光的扇形区
360 N m
23
利用其 结构参 数变化
位移的电测法
2．采用物性型传感器配上相应的敏感器
测微位移（0.5mm)
利用UH与B的关系
霍尔式位移传感器的工作原理图
课本124页
32
• 建立一个梯度磁场，使磁感应强 度沿某一坐标轴成线性变化。 • 让被测量使霍尔元件沿该坐标轴 在梯度磁场中移动。 • 霍尔元件的霍尔电动势将与霍尔 元件的位移成正比。
B cx
RH IB IB K H IB K H Icx UH d nqd
第八章 几何量的电测法 ——位移的电测法
1
位移的电测法
•
课本195页
位移是指物体的某个表面或某点相对于参考 表面或参考点位置的变化。 • 位移有线位移和角位移两种：
– 线位移是指物体沿着某一条直线移动的距离； – 角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。
• 测量方法：直接测量、间接测量
2
利用其 结构参 数变化
组成方式
C0 0 r A / 0
8
极板形状
平板电容（平行平面型） 圆筒电容（平行曲面型）
课本50页
图3－2-1变极距型电容传感器
C0 C d d d0 d d0 (1 ) 1 d0 d0
S
S
C d 1 C 2 C d0 1 C 2
9
课本50页
图3－2-2变面积型电容传感器
线圈的等效阻抗：
2 2 2 2 U M M Z 1 R1 2 R 2 j[L1 2 L] 2 2 2 I1 R2 (L2 ) R2 (L2 )