第七章機(jī)械量的測量第一節(jié)位移的測量

第二節(jié)轉(zhuǎn)速的測量

第三節(jié)加速度的測量第一節(jié)位移的測量一、概述

二、電渦流式傳感器

三、光柵傳感器一、概述表7-1常用線位移傳感器的性能及主要特點一、概述表7-2常用角位移傳感器的性能及主要特點二、電渦流式傳感器(一)工作原理

(二)結(jié)構(gòu)及特性

(三)測量電路

(四)電渦流式傳感器的應(yīng)用二、電渦流式傳感器圖7-1電渦流作用原理(一)工作原理圖7-2電渦流作用的等效電路(二)結(jié)構(gòu)及特性1.高頻反射式

2.低頻透射式1.高頻反射式圖7-3高頻反射式電渦流傳感器結(jié)構(gòu)

1—線圈2—框架3—框架襯套

4—支座5—電纜6—插頭2.低頻透射式圖7-4低頻透射渦流測厚原理(三)測量電路1.電橋電路

2.諧振調(diào)幅電路

3.諧振調(diào)頻電路1.電橋電路圖7-5電橋法原理圖2.諧振調(diào)幅電路圖7-6諧振調(diào)幅電路2.諧振調(diào)幅電路圖7-7諧振調(diào)幅電路特性

a)諧振曲線b)輸出特性曲線2.諧振調(diào)幅電路圖7-8諧振調(diào)頻電路3.諧振調(diào)頻電路圖7-8所示為調(diào)頻電路原理圖。傳感器線圈接入LC振蕩回路中作為電感元件使用。這是電感三點式振蕩器，L與C構(gòu)成諧振回路，R1是偏置電阻，C1完成正反饋。當(dāng)傳感器線圈與被測導(dǎo)體距離改變時，引起線圈電感的變化，從而改變了振蕩器的頻率。該頻率信號由電阻R2上輸出，可以用頻率計直接讀出。(四)電渦流式傳感器的應(yīng)用1.位移測量

2.厚度測量(四)電渦流式傳感器的應(yīng)用圖7-9高頻反射式電渦流傳感器1.位移測量圖7-10位移測量2.厚度測量圖7-11厚度測量三、光柵傳感器(一)光柵的結(jié)構(gòu)與原理

(二)辨向原理和細(xì)分技術(shù)(一)光柵的結(jié)構(gòu)與原理1.莫爾條紋

2.光電轉(zhuǎn)換1.莫爾條紋(1)主光柵作標(biāo)準(zhǔn)器用，它是刻有均勻線紋的長條形的玻璃尺，刻線密度由精度的要求來定。

(2)指示光柵取信號用，它比主光柵短得多，也刻著與主光柵同樣密度的線紋。(1)主光柵圖7-12光柵的莫爾條紋

1—主光柵2—指示光柵(2)指示光柵圖7-13光路系統(tǒng)2.光電轉(zhuǎn)換圖7-14光柵位移與光強、輸出信號的關(guān)系

a)透過的光強曲線b)主光柵移動位置(二)辨向原理和細(xì)分技術(shù)1.辨向原理

2.電子細(xì)分1.辨向原理圖7-15辨向原理2.電子細(xì)分隨著對測量精度要求的提高，希望傳感器有更小的分度值。因此采用內(nèi)插法把莫爾條紋細(xì)分，所謂細(xì)分就是在莫爾條紋信號變化一周期內(nèi)，發(fā)出若干個脈沖，以減小脈沖當(dāng)量(即每個脈沖所相當(dāng)?shù)奈灰茰p少到原來的1／n，從而使測量精度提高n倍)。由于細(xì)分后計數(shù)脈沖頻率提高了n倍，因此又稱n倍頻。提高刻線數(shù)，就目前的工藝水平有相當(dāng)?shù)碾y度。所以，在選取合適的光柵柵距的基礎(chǔ)上，對柵距細(xì)分(測微)，就可得到所需要的最小讀數(shù)值，從而提高“分辨”能力。第二節(jié)轉(zhuǎn)速的測量一、概述

二、光電式傳感器

三、霍爾式傳感器一、概述表7-3常用的速度傳感器性能與特點一、概述表7-3常用的速度傳感器性能與特點二、光電式傳感器(一)光電效應(yīng)及器件

(二)光電器件的特性

(三)光電式傳感器(一)光電效應(yīng)及器件1.外光電效應(yīng)

2.內(nèi)光電效應(yīng)1.外光電效應(yīng)在光的照射下，電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)原理工作的光電器件有光敏管和光電倍增管。2.內(nèi)光電效應(yīng)(1)光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體材料在光照后產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。

(2)光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)是光照引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。(1)光電導(dǎo)效應(yīng)1)光敏電阻。

2)光敏二極管。

3)光敏晶體管。(1)光電導(dǎo)效應(yīng)圖7-16光敏電阻的

工作原理圖7-17光敏二極管和光敏晶體管原理圖

a)光敏二極管原理圖b)光敏晶體管原理圖(2)光生伏特效應(yīng)圖7-18光電池與外電路的連接方式

a)開路電壓輸出b)短路電流輸出(二)光電器件的特性1.光照特性

2.光譜特性

3.響應(yīng)時間

4.溫度特性

5.伏安特性1.光照特性圖7-19光電器件的光照特性

a)光敏電阻b)光敏二極管c)硅光電池2.光譜特性圖7-20光電器件的光譜特性

a)光敏晶體管b)光敏電阻c)光電池3.響應(yīng)時間圖7-21光電器件的頻率特性

a)光敏電阻b)光電池c)硅光敏三極管4.溫度特性溫度變化對光電器件的靈敏度和光譜特性都有很大影響。高精度檢測時有必要進(jìn)行溫度補償或使它在恒溫條件下工作。5.伏安特性在一定的光照下，對光電器件所加端電壓與光電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。它是傳感器設(shè)計時選擇電參數(shù)的依據(jù)。(三)光電式傳感器1.模擬式光電傳感器

2.開關(guān)式(脈沖式)光電傳感器1.模擬式光電傳感器(1)輻射式被測物體本身是光輻射源，由它釋出的光射向光電元件。

(2)吸收式被測物體位于恒定光源與光電元件之間，根據(jù)被測物體對光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測定被測參數(shù)。

(3)反射式恒定光源釋出的光投射到被測物體上，再從其表面反射到光電元件上，根據(jù)反射的光通量多少測定被測物體表面性質(zhì)和狀態(tài)。

(4)遮光式根據(jù)位于恒定光源與光電元件間的被測物阻擋光通量多少來測定被測參數(shù)。2.開關(guān)式(脈沖式)光電傳感器圖7-22光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表原理圖三、霍爾式傳感器(一)霍爾效應(yīng)

(二)霍爾元件的結(jié)構(gòu)及測量電路

(三)霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)及補償

(四)霍爾式轉(zhuǎn)速測量裝置(一)霍爾效應(yīng)圖7-23霍爾效應(yīng)原理(二)霍爾元件的結(jié)構(gòu)及測量電路圖7-24霍爾元件的符號及

基本測量電路

a)符號b)基本測量電路(三)霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)及補償1.額定激勵電流IH

2.不等位電勢及其補償

3.溫度特性及其補償1.額定激勵電流IH

為使霍爾元件工作時的溫升不超過一定值，需要對激勵電流加以限制。通常定義使霍爾元件溫升10°C所施加的控制電流值為額定激勵電流。2.不等位電勢及其補償

圖7-25不等位電勢補償原理電路圖3.溫度特性及其補償圖7-26溫度補償原理圖(四)霍爾式轉(zhuǎn)速測量裝置1.傳感器

2.轉(zhuǎn)速測量原理1.傳感器圖7-27開關(guān)型霍爾傳感器的組成2.轉(zhuǎn)速測量原理圖7-28輸出電壓與B的關(guān)系和測轉(zhuǎn)速的示意圖2.轉(zhuǎn)速測量原理圖7-29霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速裝置2.轉(zhuǎn)速測量原理表7-4UGN3000系列開關(guān)型霍爾傳感器參數(shù)第三節(jié)加速度的測量一、概述

二、電感式傳感器

三、壓電式加速度傳感器一、概述表7-5常用加速度傳感器性能與特點二、電感式傳感器(一)自感式傳感器

(二)互感式傳感器(差動變壓器)

(三)電感式傳感器的應(yīng)用(一)自感式傳感器1.工作原理與輸出特性

2.測量電路

3.自感式傳感器的誤差1.工作原理與輸出特性(1)變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器的結(jié)構(gòu)原理見圖7-30。

(2)差動式自感傳感器差動式自感傳感器為單一式傳感器，由于線圈電流的存在，它們的銜鐵受單向電磁力作用，對電源電壓和頻率的波動與溫度變化較為敏感，因此不適合精密測量。1.工作原理與輸出特性圖7-30變氣隙式自感傳感器(1)變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器的結(jié)構(gòu)原理見圖7-30。圖7-31差動變氣隙式電感傳感器

1—線圈2—鐵心3—銜鐵4—導(dǎo)桿2.測量電路(1)電橋電路

(2)諧振電路諧振電路有諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路兩種類型。(1)電橋電路1)輸出端對稱電橋。

2)電源端對稱電橋。圖7-32輸出端對稱電橋

a)一般形式b)變壓器電橋圖7-33電源端對稱電橋(2)諧振電路圖7-34調(diào)頻電路測量原理框圖3.自感式傳感器的誤差(1)輸出特性的非線性各種自感式傳感器，在原理上都存在非線性，測量電路也往往存在非線性。

(2)零位誤差差動自感式傳感器當(dāng)銜鐵位于中間位置時，電橋輸出理論上應(yīng)為零，但實際上總存在零位不平衡電壓輸出(零位電壓)，造成零位誤差，如圖7-35所示。

(3)溫度誤差環(huán)境溫度的變化會引起傳感器磁路參數(shù)的變化、電氣參數(shù)的變化和電源幅值和頻率的變化，因而造成溫度誤差。

(4)激勵電源的影響大多數(shù)自感式傳感器采用交流電橋作測量電路，電源電壓的波動將直接導(dǎo)致輸出信號的波動。(2)零位誤差圖7-35零位誤差(二)互感式傳感器(差動變壓器)差動變壓器的原理詳見第四章第二節(jié)。自感式傳感器的誤差分析同樣適用于差動變壓器。(三)電感式傳感器的應(yīng)用圖7-36差動變壓器式加速度傳感器三、壓電式加速度傳感器(一)工作原理

(二)測量裝置(一)工作原理圖7-37壓縮型壓電加速度傳感器(一)工作原理圖7-38壓電加速度傳感器工作原理圖(二)測量裝置圖7-39壓電加速度傳感器檢測電路習(xí)題與思考題1.說明差動式電感傳感器與差動變壓器式傳感器工作原理的區(qū)別。

2.說明差動變壓器零點殘余電壓產(chǎn)生原因并指出消除殘余電壓的方法。

3.如何提高差動變壓器的靈敏度?

4.光柵傳感器是通過莫爾條紋進(jìn)行位移測量的。

5.渦流式傳感器有何特點?畫出應(yīng)用于測板材厚度的原理框圖。

6.利用電渦流法測板材厚度，已知激勵電源頻率f=1MHz，被測材料相對磁導(dǎo)率μr=1,電阻率ρ=2.9×10-6Ω/cm，被測板厚為(1±0.2)mm。

7.怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測量?電渦流的形成范圍包括哪些內(nèi)容?它們的主要特點是什么?

8.電渦流傳感器常用測量電