《机械量测量》PPT课件

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(3) 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（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
高频反射式侧厚仪
这种传感器的结构很简单，主要由一个固定在框架上的扁平线圈 组成。线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内 。下图为某种型号的高频反射式电涡流传感器。
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6.3厚度测量仪表
1.涡流式测厚仪
低频透射式测厚仪
这种传感器的结构很简单， 主要由一个固定在框架上的 扁平线圈组成。线圈可以粘 贴在框架的端部，也可以绕 在框架端部的槽内。图6-4为 某种型号的低频透射式电涡 流传感器。
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6.2位移测量仪表 1.电容式位移传感器 极距变化型
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6.2位移测量仪表 1.电容式位移传感器 面积变化型
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6.2位移测量仪表 1.电容式位移传感器 介电常数变化型
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6.2位移测量仪表
1.电容式位移传感器特点及应用
特点：分辨力极高（电容值10-7，相对值100%~200%，位移 0.01μm）
动极板质量小，惯性小，动态响应好； 非接触，自身发热和功耗小； 结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强
应用：微信息检测---测微仪； 静态测量---金属零件计数 高频信号检测---振动，转速；
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6.2位移测量仪表
2.电感式位移传感器 电感式传感器有两种形式：自感式和互感式。 电感式位移传感器是把被测工件的微小位移变 化转变成电感L的变化来实现非电量电测的一种 装置。
特例：当 =0, w1=w2 → B= → 光闸莫尔条纹 当 =0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹
莫尔条纹
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莫尔条纹特性： 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 → 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一方向对应 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 可调性：夹角θ↓→ 条纹间距B↑ → 灵活 准确性：大量刻线 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
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6.3厚度测量仪表 2.射线式测厚仪
射线式测厚仪是利用各种射线对金属或其它材料板材厚 度以及镀层厚度的非接触式测量仪器。
通常应用的射线有β射线、 γ射线和 X射线。
透射式测厚仪 反射式测厚仪
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6.4转速测量仪表
1.离心力法 其工作原理基于与回转轴偏置的重锤在回转时产生的离 心力Q与回转轴的角速度ω的平方成正比，即
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6.2位移测量仪表
3.光栅传感器 光栅传感器是新型的高精度、大位移、数字式位移传 感器。
在长度和角度测量中应用的光栅，常称为计量光栅。 计量光栅根据光栅走向分为透射光栅和反射光栅两种 ；根据刻线型式又可分为黑白光栅和相位光栅两种； 根据形状和用途分为长光栅和圆光栅两种。
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长光栅 --- 直线位移；圆光栅 --- 角位移 构成：1.主光栅 --- 标尺光栅，定光栅；
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6.4转速测量仪表 2.光电码盘转速检测法
光学码盘式传感器 --- 用光电方法将被测角位移转化成数字电信号
特点：高精度、高分辨力、可靠性好
1 --- 光源；2 --- 柱面镜；3 --- 码盘；4 --- 狭缝；5 --- 元件
(2) 光栅传感器分类与结构原理 按运动形式分： 直线型---主光栅为直尺形→直线移动 旋转型---主光栅为圆盘形→旋转运动
按光学形式分： 透射式---光源与光电元件在两侧→透射光 反射式---光源与光电元件同一侧→反射光
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长度 --- 测量范围；刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、50、100、 125线/mm )
2.指示光栅 --- 动光栅；3.光路系统
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(1) 莫尔条纹（Moire）
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角
移动
明暗相间条纹
条纹宽度： B W W 2sin(/2)
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
式中，m为重锤的质量；r为重锤至被测轴的垂直距离 。下图是其测量原理图。
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离心式转wk.baidu.com表原理图
当转动轴以ω的角速度转动时， 重锤产生离心力Q，转速越大离 心力越大，压迫弹簧使它缩短， 因而弹簧被压缩的位移与转速成 正比。测出弹簧位移就得知转速 。离心式转速表是机械式的，惯 性较大，测量精度受到一定限制 ，但体积小且携带方便，不需要 能源，因此应用比较广泛。
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6.2位移测量仪表
4.CCD图像传感器 它分为线阵CCD和面阵CCD两种，前者用于尺 寸和位移的测量，后者用于平面图形、文字的 传递。
目前面阵CCD已作为固态摄像器用于可视电话 和闭路电视的监控等。
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6.2位移测量仪表 5.光纤位移传感器
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6.3厚度测量仪表 1.涡流式测厚仪
机械量的测量广泛地应用非电量的电测法，典型的传感器有
电阻、电容、电感以及磁电、压电、压磁、光电、霍尔元件等
，此外还有超声波、放射线等。此外，还有CCD（电荷耦合器
件）图像传感器、光纤传感器以及基于MENS（微电子机械系
统）技术的传感器。
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6.2位移测量仪表
1.电容式位移传感器 电容传感器有三种形式：极距变化型、面积变 化型、介电常数变化型。
第6章 机械量测量
6.1 机械量的测量范围和所用的传感器 6.2 位移测量仪表 6.3 厚度测量仪表 6.4 转速测量仪表 6.5 力学量测量仪表
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6.1 机械量的测量范围和所用的传感器
机械量的测量范围包括：尺寸（常、宽、高），位移（直线 位移、角位移），速度（直线速度、角速度、转速）、力学量 （力、力矩、加速度、振动）等。机械量不仅是运动控制系统 的重要参数，也是许多非电量传感器及变送器的中间参数。