機(jī)械量測(cè)量教程課件

機(jī)械量包括：長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等參數(shù)。其中位移和力的大小是機(jī)械量檢測(cè)的主要任務(wù)。按機(jī)械量檢測(cè)原理分類(lèi)：見(jiàn)表8-1機(jī)械式電氣電子式光學(xué)式8機(jī)械量測(cè)量2022/11/181機(jī)械量包括：長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等參8機(jī)械量測(cè)量主要內(nèi)容模擬式位移檢測(cè)——電容式位移檢測(cè)、電感式位移檢測(cè)*、差動(dòng)變壓器式位移檢測(cè)*、光纖位移檢測(cè)*

光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)——光柵標(biāo)尺、莫爾條紋標(biāo)尺轉(zhuǎn)速檢測(cè)——離心力檢測(cè)法、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)法力的檢測(cè)方法——金屬應(yīng)變?cè)?、半?dǎo)體應(yīng)變?cè)?、壓電元件、壓敏?dǎo)電橡膠加速度與振動(dòng)檢測(cè)——加速度檢測(cè)原理、動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)方法、微機(jī)械加速度傳感元件2022/11/1828機(jī)械量測(cè)量主要內(nèi)容模擬式位移檢測(cè)——電容式位移檢測(cè)、電感一、電容式位移檢測(cè)方法8.1模擬式位移檢測(cè)Analogdisplacementdetecting原理：平行板電容器的電容值為：分類(lèi)：使用時(shí)保持三個(gè)參數(shù)中的兩個(gè)不變而改變另一個(gè)參數(shù)使電容量發(fā)生變化，故其可分成三類(lèi)：變極距式d、變面積式ab和變介電常數(shù)式ε。2022/11/183一、電容式位移檢測(cè)方法8.1模擬式位移檢測(cè)原理：平行板電容變極距式靈敏度：

d0（起始間隙,但受擊穿電壓限制不能太?。┰叫?，k越大，同時(shí)非線(xiàn)性增大。為了提高敏度，減小非線(xiàn)性，常采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)位移。這種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)可以減少因極板間的靜電引力、環(huán)境溫度變化和電源變化所引起的誤差。2022/11/184變極距式靈敏度：d0（起始間隙,但受擊穿電壓限制不能變面積式靈敏度：增大極板邊長(zhǎng)b，減小間隙d都可以提高敏度。電容耦合型位移傳感器利用IC制造技術(shù)可以制作超小型電容式位移傳感器。圖8-2為電容耦合型位移傳感器結(jié)構(gòu)圖。2022/11/185變面積式靈敏度：增大極板邊長(zhǎng)b，減小間隙d都可以提高敏度2022/11/1862022/11/106二、電感式位移檢測(cè)方法分類(lèi):根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式；按結(jié)構(gòu)形式分為變間隙式、變面積式和螺管式。自感式——組成：線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵2022/11/187二、電感式位移檢測(cè)方法分類(lèi):根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式；互感式—差動(dòng)變壓器式原理：如圖，一次線(xiàn)圈和二級(jí)線(xiàn)圈的互感隨鐵芯的位置的變化而變化，輸出電壓相應(yīng)的變化。組成：一次線(xiàn)圈、上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)二級(jí)線(xiàn)圈、鐵芯組成2022/11/188互感式—差動(dòng)變壓器式原理：如圖，一次線(xiàn)圈和二級(jí)線(xiàn)圈的互感隨鐵三、光纖位移檢測(cè)方法組成：光纖、光源和光敏元件。優(yōu)點(diǎn)：可在高溫、易燃、易爆環(huán)境中使用；與被測(cè)對(duì)象不接觸，有利于提高測(cè)量精度；可遠(yuǎn)距離測(cè)量等。簡(jiǎn)單光纖位移傳感器

發(fā)送光纖和接受光纖的端面相對(duì)，間隔為1～2μm。接受光纖接收到的光強(qiáng)隨兩光纖徑向相對(duì)位置的不同而不同。反射式光纖位移傳感器

光線(xiàn)照射到被測(cè)物體，經(jīng)其反射后導(dǎo)入光敏元件。光強(qiáng)度隨物體的位移變化而變化。2022/11/189三、光纖位移檢測(cè)方法組成：光纖、光源和光敏元件。簡(jiǎn)單光纖位移

光源的光經(jīng)發(fā)送光纜的端面處呈圓錐狀擴(kuò)散，照射到物體表面；被測(cè)物體反射光的一部分經(jīng)接受光纜傳到光敏元件，照射光圓錐和發(fā)射光圓錐相重疊部分的光強(qiáng)將被檢測(cè)出。光強(qiáng)隨物體的位移的變化而變化。2022/11/1810光源的光經(jīng)發(fā)送光纜的端面處呈圓錐狀擴(kuò)散，照射到物體表

數(shù)字式位移檢測(cè)是利用柵格編碼器將長(zhǎng)度或角度的變化直接轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)或二進(jìn)制符號(hào)的方法。包括光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺和磁柵標(biāo)尺等多種方式。8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)Opticaldigitaldisplacementdetecting一、光柵標(biāo)尺

在基體上刻制有等間距均勻分布黑白條紋的光學(xué)元件，指示光柵短于主光柵。光源發(fā)出的光經(jīng)光柵縫隙透過(guò)，由光電元件（光電池、光敏三極管）檢測(cè)透射光強(qiáng)，可通過(guò)計(jì)數(shù)測(cè)位移，可由相位判斷移動(dòng)方向。兩排光柵相位相差1/4周期，通過(guò)S1、S2輸出信號(hào)的相位關(guān)系，可以判斷G1的移動(dòng)方向。2022/11/1811數(shù)字式位移檢測(cè)是利用柵格編碼器將長(zhǎng)度或角當(dāng)兩光柵柵線(xiàn)不平行，相差微小角度θ時(shí)，在與柵線(xiàn)近似成直角的方向上有粗條紋產(chǎn)生，稱(chēng)為莫爾條紋。如圖：刻線(xiàn)重合處，光從縫隙透過(guò)形成亮帶，黑帶是因兩光柵的線(xiàn)紋彼此錯(cuò)開(kāi)，擋光而形成。莫爾條紋的方向幾乎與刻線(xiàn)垂直。莫爾條紋間距W與柵格間距P之間的關(guān)系近似為：W=P/θ二、莫爾條紋標(biāo)尺2022/11/1812當(dāng)兩光柵柵線(xiàn)不平行，相差微小角度θ時(shí)，在與柵線(xiàn)近似成容柵傳感器是基于變面積工作原理的電容傳感器，它的電極排列如同柵狀。與其他大位移傳感器，如光柵、磁柵等相比，雖然精度稍差，但體積小、造價(jià)低、耗電省，廣泛應(yīng)用于電子數(shù)顯卡尺、千分尺、高度儀、坐標(biāo)儀等幾百毫米以下行程的測(cè)量中。容柵傳感器可分為三類(lèi)：直線(xiàn)型容柵、圓容柵和圓筒形容柵。其中，直線(xiàn)型和圓筒形容柵傳感器用于直線(xiàn)位移的測(cè)量，圓形容柵傳感器用于角位移的測(cè)量。三、容柵標(biāo)尺2022/11/1813容柵傳感器是基于變面積工作原理的電容傳感器，它的電極排列如同各種容柵測(cè)量裝置2022/11/1814各種容柵測(cè)量裝置2022/11/1014各種容柵卡尺（續(xù)）2022/11/1815各種容柵卡尺（續(xù)）2022/11/1015各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）外卡尺汽車(chē)專(zhuān)用卡尺2022/11/1816各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）外卡尺汽車(chē)專(zhuān)用卡尺2022/11/10各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）內(nèi)卡尺2022/11/1817各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）內(nèi)卡尺2022/11/1017容柵數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu)2022/11/1818容柵數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu)2022/11/1018容柵數(shù)顯測(cè)高儀1.測(cè)力調(diào)節(jié)

2.測(cè)頭導(dǎo)軌

3.測(cè)頭

4.坐墊

5.液晶屏顯示

6.觸摸開(kāi)關(guān)

7.RS-232輸出

8.打印機(jī)

9.驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)

10.氣泵開(kāi)關(guān)

11.電源線(xiàn)

2022/11/1819容柵數(shù)顯測(cè)高儀1.測(cè)力調(diào)節(jié)

2.測(cè)頭導(dǎo)軌

3.測(cè)頭

4.坐墊四、磁柵標(biāo)尺組成：磁柵傳感器主要由磁尺（磁柵）、磁頭和信號(hào)處理電路組成。工作原理：磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它是利用磁帶錄音的原理將等節(jié)距的周期變化的電信號(hào)(正弦波或矩形波)用錄磁的方法記錄在磁性尺子或圓盤(pán)上而制成的。裝有磁柵傳感器的儀器或裝置工作時(shí)，磁頭相對(duì)于磁柵有一定的相對(duì)位置，在這個(gè)過(guò)程中，磁頭把磁柵上的磁信號(hào)讀出來(lái)，這樣就把被測(cè)位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。特點(diǎn)：磁柵價(jià)格低于光柵，且錄磁方便、易于安裝，測(cè)量范圍寬可超過(guò)十幾米，抗干擾能力強(qiáng)。2022/11/1820四、磁柵標(biāo)尺組成：磁柵傳感器主要由磁尺（磁柵）、磁頭和信號(hào)處磁柵的外形及結(jié)構(gòu)磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔2022/11/1821磁柵的外形及結(jié)構(gòu)磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔2022/11.磁柵（一）磁柵的結(jié)構(gòu)磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示，磁柵基體1是用不導(dǎo)磁材料做成的，上面鍍一層均勻的磁性薄膜2，經(jīng)過(guò)錄磁，其磁信號(hào)排列情況如圖中所示，要求錄磁信號(hào)幅度均勻，幅度變化應(yīng)小于10％，節(jié)距均勻。目前長(zhǎng)磁柵常用的磁信號(hào)節(jié)距一般為0.05mm和0.02mm兩種，圓磁柵的角節(jié)距一般為幾分至幾十分。磁柵基體：非導(dǎo)磁材料做成，具有良好的加工性能和電鍍性能，其線(xiàn)膨脹系數(shù)與被測(cè)體接近。常用鋼制作，用鍍銅的方法解決隔磁問(wèn)題。磁性薄膜：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度要大，矯頑力要高，性能穩(wěn)定，電鍍均勻。2022/11/18221.磁柵（一）磁柵的結(jié)構(gòu)磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示，磁柵基體1是用不（二）磁柵的類(lèi)型磁柵可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵。長(zhǎng)磁柵主要用于直線(xiàn)位移測(cè)量，圓磁柵主要用于角位移測(cè)量。1)長(zhǎng)磁柵：分為尺型、帶型和同軸型。尺型：用于精度要求較高情況下。帶型：用于量程較大或安裝面不好安排時(shí)。同軸型：用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合或小型測(cè)量裝置中。2)圓磁柵：1.磁柵2022/11/1823（二）磁柵的類(lèi)型1.磁柵2022/11/1023幾種常見(jiàn)磁柵的結(jié)構(gòu)

2022/11/1824幾種常見(jiàn)磁柵的結(jié)構(gòu)2022/11/1024磁柵上的磁信號(hào)由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)的方式的不同，磁頭可分為動(dòng)態(tài)磁頭與靜態(tài)磁頭兩種。（一）動(dòng)態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱(chēng)速度響應(yīng)式磁頭，只有一組線(xiàn)圈。讀出原理：2.磁頭當(dāng)磁頭與磁柵之間以一定的速度相對(duì)移動(dòng)時(shí)，磁頭線(xiàn)圈中輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與磁頭與磁柵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。相對(duì)靜止時(shí)就沒(méi)有信號(hào)輸出，故不適合用于工件尺寸測(cè)量。2022/11/1825磁柵上的磁信號(hào)由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)的方式的不同，磁頭可（二）靜態(tài)磁頭為調(diào)制式磁頭，又稱(chēng)磁通響應(yīng)式磁頭，有勵(lì)磁線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈（輸出線(xiàn)圈/繞組）。它與動(dòng)態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭與磁柵之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。讀出原理：鐵心的磁阻很大，磁柵上的信號(hào)磁通不能通過(guò)磁頭，因而輸出繞組無(wú)感應(yīng)電勢(shì)輸出。只有當(dāng)激勵(lì)磁信號(hào)兩次過(guò)零時(shí)，鐵心不飽和，磁柵上的信號(hào)磁通才能通過(guò)輸出繞組的鐵心而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。

1—磁頭；2—磁柵；3—輸出波形2.磁頭2022/11/1826（二）靜態(tài)磁頭鐵心的磁阻很大，磁柵上的信號(hào)磁通不能通過(guò)磁（二）靜態(tài)磁頭2.磁頭

靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁通變化來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。靜態(tài)磁頭輸出信號(hào)的頻率為勵(lì)磁電源頻率的兩倍，其幅值則與磁柵與磁頭之間的相對(duì)位移成正弦（或余弦）關(guān)系。2022/11/1827（二）靜態(tài)磁頭2.磁頭靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁靜態(tài)磁頭與磁尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出波形演示：2022/11/1828靜態(tài)磁頭與磁尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出波形演示：2022/11/10根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處理方式也不同。

動(dòng)態(tài)磁頭:只有一組繞組，其輸出信號(hào)為正弦波，信號(hào)的處理方法也比較簡(jiǎn)單，只要將輸出信號(hào)放大整形，然后由計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)n，就可以測(cè)量出位移量的大小。但這種方法測(cè)量精度較低，而且不能判別移動(dòng)方向。

3.信號(hào)處理方式

靜態(tài)磁頭:一般用兩個(gè)磁頭，兩個(gè)磁頭間距為nW/4，其中n為正整數(shù)，W為磁信號(hào)節(jié)距，也就是兩個(gè)磁頭布置成相位差90°關(guān)系。其信號(hào)處理方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。2022/11/1829根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處（一）鑒幅方式

若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組加上同相的正弦激勵(lì)磁信號(hào)，則兩磁頭的輸出信號(hào)為：

經(jīng)濾除高頻載波后，得到與位移量x成比例的信號(hào)為：

2022/11/1830（一）鑒幅方式若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組加上同相的正弦激勵(lì)磁

若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦激勵(lì)信號(hào)，或?qū)⑤敵鲂盘?hào)移相/2，則兩磁頭輸出信號(hào)變?yōu)椋簩蓚€(gè)磁頭的輸出相減后，總輸出電壓為：結(jié)論：輸出信號(hào)的幅值不變，但相位與磁頭、磁柵相對(duì)位移量χ有關(guān)，可用鑒相電路測(cè)量出來(lái)。（二）鑒相方式2022/11/1831若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦激磁柵傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍與感應(yīng)同步器相似，其精度略低于感應(yīng)同步器。磁柵傳感器的特點(diǎn)：

①錄制方便，成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時(shí)可抹去重錄；②使用方便，可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵，因而可避免安裝誤差；③可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時(shí)希望基準(zhǔn)量中含有π因子，可在節(jié)距中考慮。4.磁柵傳感器的特點(diǎn)與誤差分析2022/11/1832磁柵傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍與感應(yīng)同步器相似，其精度略低于感磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項(xiàng)：影響零位誤差的主要因素有：①磁柵的節(jié)距誤差；②磁柵的安裝與變形誤差；③磁柵剩磁變化所引起的零位漂移；④外界電磁場(chǎng)干擾等。影響細(xì)分誤差的主要因素有：①由于磁膜不均勻或錄磁過(guò)程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等；②兩個(gè)磁頭間距偏離1/4節(jié)距較遠(yuǎn)；③兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱(chēng)引起的誤差；④磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)高次諧波分量的影響。4.磁柵傳感器的特點(diǎn)與誤差分析2022/11/1833磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項(xiàng)：4.磁柵傳感鑒相型磁柵數(shù)顯表的原理框圖

磁尺與磁頭接觸，使用壽命不如光柵，數(shù)年后易退磁。設(shè)置兩個(gè)磁頭的意義何在？2022/11/1834鑒相型磁柵數(shù)顯表的原理框圖磁尺與磁頭接觸，使用壽命設(shè)置兩個(gè)磁柵測(cè)量系統(tǒng)壓板磁頭磁尺2022/11/1835磁柵測(cè)量系統(tǒng)壓板磁頭磁尺2022/11/1035磁柵在磨床測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用磁尺磁頭安裝在何處？2022/11/1836磁柵在磨床測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用磁尺磁頭安裝在何處？2022/118.3轉(zhuǎn)速檢測(cè)

Rotatespeeddetecting一、離心力檢測(cè)法工作過(guò)程：

重錘受到離心力作用→克服彈簧力向上拉動(dòng)套筒→套筒的上下移動(dòng)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)→直接讀出讀數(shù)。一般應(yīng)使主軸沿垂直方向立起來(lái)使用，精確度±1％。2022/11/18378.3轉(zhuǎn)速檢測(cè)

Rotatespeeddetectin二、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法原理：光電碼盤(pán)和透射型光電耦合器結(jié)合，對(duì)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)，輸出信號(hào)是對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)窗口明暗的脈沖序列。光電耦合器：分透射型和反射型兩種，見(jiàn)圖8－13。由發(fā)光二極管和光敏晶體管（二極管或三極管）組成。發(fā)光二極管：是用半導(dǎo)體P-N結(jié)把電能轉(zhuǎn)換為光能的一種器件。顏色是由半導(dǎo)體材料決定的光敏晶體管：是一種利用受光照時(shí)載流子增加的半導(dǎo)體光電元件。由于三極管的放大作用，其靈敏度比光敏二極管高。2022/11/1838二、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法原理：光電碼盤(pán)和透射型光電耦合器結(jié)合光電碼盤(pán)：透明玻璃上按一定的規(guī)律涂上黑白條碼。分為絕對(duì)光碼盤(pán)和增量光碼盤(pán)。絕對(duì)光碼盤(pán)：把旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度用二進(jìn)制編碼輸出?？蓹z測(cè)絕對(duì)角度，斷電恢復(fù)后可準(zhǔn)確檢測(cè)位置信息。2022/11/1839光電碼盤(pán)：透明玻璃上按一定的規(guī)律涂上黑白條碼。分為絕對(duì)光碼盤(pán)增量光碼盤(pán)：隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度輸出一列連續(xù)脈沖波，累計(jì)脈沖的個(gè)數(shù)可測(cè)量轉(zhuǎn)角。使用一個(gè)時(shí)只能檢測(cè)轉(zhuǎn)速，而不能檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向，改進(jìn)的三個(gè)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向。S2(n)S1(n)Z(1)增量編碼器的碼盤(pán)編碼盤(pán)一般只需三條碼道：增量碼道S1：扇區(qū)數(shù)n決定編碼器分辨力。辨向碼道S2基準(zhǔn)碼道Z2022/11/1840增量光碼盤(pán)：隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度輸出一列連續(xù)脈沖波，累計(jì)脈沖的8.4力的檢測(cè)方法

Forcedetectingmeathods

彈性體受力的作用時(shí)將發(fā)生彈性變形，檢測(cè)彈性體變形可求得力的大小。力矩是通過(guò)測(cè)量彈性體的扭轉(zhuǎn)變形而求得的。因此，位移測(cè)量的檢測(cè)方式是檢測(cè)力和力矩的基礎(chǔ)。這里要介紹幾種檢測(cè)彈性變形的傳感元件。常用的檢測(cè)彈性元件變形的傳感器:金屬應(yīng)變?cè)雽?dǎo)體應(yīng)變?cè)弘娫好魧?dǎo)電橡膠2022/11/18418.4力的檢測(cè)方法

Forcedetectingmea原理：金屬電阻絲的電阻R取決于金屬材料的電阻率ρ、長(zhǎng)度l和截面積S，有如下關(guān)系：一、金屬應(yīng)變?cè)?metalstraingauge)

在拉伸力作用下，金屬絲被拉長(zhǎng)，因此截面積縮小，導(dǎo)致電阻變化。其電阻的變化量相對(duì)于初始值可以表示為：拉伸l與截面直徑D之間的關(guān)系為：式中γ為材料的泊松比。2022/11/1842原理：金屬電阻絲的電阻R取決于金屬材料的電阻率ρ、長(zhǎng)度l和截應(yīng)變靈敏度K：表示單位應(yīng)變的阻值變化

金屬電阻絲由于彈性形變的電阻率變化很小，可以忽略；它的泊松比大約為0.3。因此K大約為2左右。2022/11/1843應(yīng)變靈敏度K：表示單位應(yīng)變的阻值變化金屬電阻絲由于彈如圖，一種是把金屬絲貼在塑料薄膜基片上，在電阻絲上外加覆蓋層；一種是在基板上加工箔片式薄膜電阻（采用光刻技術(shù)，均勻，阻值一致性好，傳遞應(yīng)變性能好，常用）。其粘貼方式隨測(cè)量目的的不同而不同。圖8－18是壓力和扭矩的粘貼方式。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式如圖8－17、8－18所示:

兩個(gè)應(yīng)變片分別承受拉伸力和壓縮力，一般使用兩組，接入測(cè)量電橋，可提高靈敏度和穩(wěn)定性。檢測(cè)扭矩時(shí)與軸線(xiàn)成45°角的各點(diǎn)上受力最大。2022/11/1844如圖，一種是把金屬絲貼在塑料薄膜基片上，在電阻絲上外工作原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)—單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生很大變化。特點(diǎn)：?jiǎn)挝粦?yīng)變的電阻率變化（即靈敏度）很大，電阻率變化與應(yīng)變量的關(guān)系如下：二、半導(dǎo)體應(yīng)變片(semiconductorstraingauge)

E為材料的彈性模數(shù)，表示應(yīng)變與作用力的關(guān)系；π稱(chēng)為半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻系數(shù)。體積小，一般用于測(cè)壓力。穩(wěn)定性差，需溫度補(bǔ)償電路，大應(yīng)變時(shí)，非線(xiàn)性?！饘賾?yīng)變片受壓縮力時(shí)阻值變??；而半導(dǎo)體應(yīng)變片可能增大（N型阻值隨壓力的變化率為負(fù)，P型為正，因?yàn)闆Q定半導(dǎo)體阻值的電子和空穴的數(shù)量及移動(dòng)量在力的作用下可正可負(fù)）2022/11/1845工作原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)—單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受定義：某些物質(zhì)如石英、陶瓷等在受外力作用時(shí)不僅幾何尺寸發(fā)生變化而且內(nèi)部分子極化，使材料表面帶電荷的現(xiàn)象。特點(diǎn)：表面電荷很快被材料內(nèi)部的自由電荷或環(huán)境中的雜散電荷中和掉，呈電中性。故不能測(cè)恒壓力，可響應(yīng)動(dòng)態(tài)壓力，還可用于加速度與振動(dòng)的測(cè)試。環(huán)境溫度的變化和壓電材料本身的時(shí)效，都會(huì)引起壓電常數(shù)的變化，導(dǎo)致傳感器靈敏度的變化，故需經(jīng)常校準(zhǔn)。逆壓電效應(yīng)：將壓電材料置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化，即機(jī)械變形。因此可對(duì)其施加交流電做振動(dòng)源，如高頻振動(dòng)臺(tái)和揚(yáng)聲器等。三、壓電效應(yīng)(piezoelectricity)2022/11/1846定義：某些物質(zhì)如石英、陶瓷等在受外力作用時(shí)不僅幾何尺寸發(fā)生變四、壓敏導(dǎo)電橡膠

在橡膠材料里摻入炭粉，當(dāng)炭粉濃度達(dá)到某一極限以上時(shí)，炭粉的顆粒部分發(fā)生接觸，會(huì)呈現(xiàn)一定的電阻率。當(dāng)其變形時(shí)，阻抗值將隨變形的強(qiáng)弱而變化，給其配上X、Y兩個(gè)地址電極，并集成上FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）或二極管等開(kāi)關(guān)元件，就可獲取作用力的二維分布。用作觸摸式面板的開(kāi)關(guān)陣列。2022/11/1847四、壓敏導(dǎo)電橡膠在橡膠材料里摻入炭粉，當(dāng)炭粉濃度達(dá)到

能夠檢測(cè)位移和速度的檢測(cè)原理都可以用于加速度與振動(dòng)檢測(cè)。以彈簧質(zhì)量系慣性檢測(cè)法為基礎(chǔ)，類(lèi)型包括應(yīng)變片轉(zhuǎn)換法、壓電轉(zhuǎn)換法、動(dòng)電轉(zhuǎn)換法、渦電流非接觸法、可變電容法、差動(dòng)變壓器法等。8.5加速度與振動(dòng)測(cè)量Accelerationandviberatondetecting

由牛頓方程可知，加速度和力是通過(guò)質(zhì)量聯(lián)系在一起的。如圖8-21所示，可以將彈簧質(zhì)量系統(tǒng)作為傳感器來(lái)感受振動(dòng)，將傳感器固定在被測(cè)件上。一、加速度檢測(cè)原理2022/11/1848能夠檢測(cè)位移和速度的檢測(cè)原理都可以用于加速度與振設(shè)檢測(cè)系統(tǒng)外殼與質(zhì)量m之間的相對(duì)位移為y，支點(diǎn)位移為z=Asinωt，那么質(zhì)量m的絕對(duì)位移x為：質(zhì)量m的受力方程（不考慮重力），即運(yùn)動(dòng)方程：k為彈簧系數(shù)；r為阻尼系數(shù)。振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為：2022/11/1849設(shè)檢測(cè)系統(tǒng)外殼與質(zhì)量m之間的相對(duì)位移為y，支點(diǎn)位移為z=此式說(shuō)明支點(diǎn)位移為的質(zhì)量m的振動(dòng)系統(tǒng)等價(jià)于支點(diǎn)靜止，受外力為mAω2sinωt的加速度系統(tǒng)。振動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的解為：其中：ω0為彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的固有角振動(dòng)頻率，ω為支點(diǎn)的角振動(dòng)頻率。由可求支點(diǎn)的位移變化、速度及加速度。2022/11/1850此式說(shuō)明支點(diǎn)位移為(1)支點(diǎn)位移檢測(cè)：因此：可見(jiàn)，當(dāng)固有角振動(dòng)頻率ω0

比支點(diǎn)的角頻率ω小時(shí)，即ω>>ω0

的情況。代入解中，得：即要使y0=A，見(jiàn)下式：相對(duì)位移y的振幅與支點(diǎn)位移的振幅A大小相等、方向相反，這種振動(dòng)檢測(cè)稱(chēng)為位移檢測(cè)（vibrometer）。通常要求大質(zhì)量和低彈性的彈簧（ω>>ω0

，），此時(shí)絕對(duì)位移x等于零，即檢測(cè)時(shí)質(zhì)量基本靜止不動(dòng)。2022/11/1851(1)支點(diǎn)位移檢測(cè)：因此：可見(jiàn)，當(dāng)固有角振動(dòng)頻率ω0比支點(diǎn)相對(duì)位移y的幅值與支點(diǎn)加速度Aω2的振幅成比例變化，這種振動(dòng)檢測(cè)稱(chēng)為加速度檢測(cè)（accelerometer）。通常要求小質(zhì)量和大彈性的彈簧。

(2)支點(diǎn)加速度檢測(cè)：即要使y0與Aω2成正比，見(jiàn)下式：

可見(jiàn)，當(dāng)固有角振動(dòng)頻率ω0

比支點(diǎn)的角頻率ω大，即ω＜＜ω0

。代入解中，得：2022/11/1852相對(duì)位移y的幅值與支點(diǎn)加速度Aω2的振幅成比例變化，這種(3)支點(diǎn)速度檢測(cè)：相對(duì)位移y的幅值與支點(diǎn)速度的振幅Aω成比例變化，這種振動(dòng)檢測(cè)可以稱(chēng)為速度檢測(cè)（speedometer/dromometer）。在共振狀態(tài)下使用，很難實(shí)用化。即要使y0與Aω成正比，見(jiàn)下式：可見(jiàn)，當(dāng)固有角振動(dòng)頻率ω0

與支點(diǎn)的角頻率ω基本相同的情況下，即ω=ω0

。代入解中，得：2022/11/1853(3)支點(diǎn)速度檢測(cè)：相對(duì)位移y的幅值與支點(diǎn)速度的振幅Aω二、動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)方法原理：導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，l為導(dǎo)體的長(zhǎng)度，υ為振動(dòng)速度，導(dǎo)體兩端則產(chǎn)生電勢(shì)差：利用這一原理檢測(cè)振動(dòng)速度，稱(chēng)為動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)。加上積分電路可以檢測(cè)振動(dòng)位移。2022/11/1854二、動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)方法原理：導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。由懸臂梁、質(zhì)量塊和基座組成?；潭ㄔ谡駝?dòng)體上，懸臂梁相當(dāng)于慣性系統(tǒng)中的“彈簧”，工作時(shí)，梁的應(yīng)變與質(zhì)量相對(duì)于基座的位移成正比，且與振動(dòng)體的加速度成正比，應(yīng)變片把應(yīng)變變?yōu)殡娮璧淖兓?，再通過(guò)電橋轉(zhuǎn)為電壓輸出，可測(cè)得振動(dòng)加速度和振動(dòng)頻率。應(yīng)變片懸臂梁檢測(cè)加速度：2022/11/1855由懸臂梁、質(zhì)量塊和基座組成?；潭ㄔ谡駝?dòng)體上，懸臂梁相三、微機(jī)械加速度傳感元件

微機(jī)械加工技術(shù)使小型加速度傳感器得到了很大的發(fā)展。例如緩沖汽車(chē)撞擊傷害力的空氣包里，就裝有擴(kuò)散硅壓阻膜片的加速度傳感器。2022/11/1856三、微機(jī)械加速度傳感元件微機(jī)械加工技術(shù)使小作業(yè)：P143：8-3、8-42022/11/1857作業(yè)：P143：8-3、8-42022/11/1057機(jī)械量包括：長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等參數(shù)。其中位移和力的大小是機(jī)械量檢測(cè)的主要任務(wù)。按機(jī)械量檢測(cè)原理分類(lèi)：見(jiàn)表8-1機(jī)械式電氣電子式光學(xué)式8機(jī)械量測(cè)量2022/11/1858機(jī)械量包括：長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等參8機(jī)械量測(cè)量主要內(nèi)容模擬式位移檢測(cè)——電容式位移檢測(cè)、電感式位移檢測(cè)*、差動(dòng)變壓器式位移檢測(cè)*、光纖位移檢測(cè)*

光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)——光柵標(biāo)尺、莫爾條紋標(biāo)尺轉(zhuǎn)速檢測(cè)——離心力檢測(cè)法、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)法力的檢測(cè)方法——金屬應(yīng)變?cè)?、半?dǎo)體應(yīng)變?cè)弘娫?、壓敏?dǎo)電橡膠加速度與振動(dòng)檢測(cè)——加速度檢測(cè)原理、動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)方法、微機(jī)械加速度傳感元件2022/11/18598機(jī)械量測(cè)量主要內(nèi)容模擬式位移檢測(cè)——電容式位移檢測(cè)、電感一、電容式位移檢測(cè)方法8.1模擬式位移檢測(cè)Analogdisplacementdetecting原理：平行板電容器的電容值為：分類(lèi)：使用時(shí)保持三個(gè)參數(shù)中的兩個(gè)不變而改變另一個(gè)參數(shù)使電容量發(fā)生變化，故其可分成三類(lèi)：變極距式d、變面積式ab和變介電常數(shù)式ε。2022/11/1860一、電容式位移檢測(cè)方法8.1模擬式位移檢測(cè)原理：平行板電容變極距式靈敏度：

d0（起始間隙,但受擊穿電壓限制不能太?。┰叫?，k越大，同時(shí)非線(xiàn)性增大。為了提高敏度，減小非線(xiàn)性，常采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)位移。這種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)可以減少因極板間的靜電引力、環(huán)境溫度變化和電源變化所引起的誤差。2022/11/1861變極距式靈敏度：d0（起始間隙,但受擊穿電壓限制不能變面積式靈敏度：增大極板邊長(zhǎng)b，減小間隙d都可以提高敏度。電容耦合型位移傳感器利用IC制造技術(shù)可以制作超小型電容式位移傳感器。圖8-2為電容耦合型位移傳感器結(jié)構(gòu)圖。2022/11/1862變面積式靈敏度：增大極板邊長(zhǎng)b，減小間隙d都可以提高敏度2022/11/18632022/11/106二、電感式位移檢測(cè)方法分類(lèi):根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式；按結(jié)構(gòu)形式分為變間隙式、變面積式和螺管式。自感式——組成：線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵2022/11/1864二、電感式位移檢測(cè)方法分類(lèi):根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式；互感式—差動(dòng)變壓器式原理：如圖，一次線(xiàn)圈和二級(jí)線(xiàn)圈的互感隨鐵芯的位置的變化而變化，輸出電壓相應(yīng)的變化。組成：一次線(xiàn)圈、上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)二級(jí)線(xiàn)圈、鐵芯組成2022/11/1865互感式—差動(dòng)變壓器式原理：如圖，一次線(xiàn)圈和二級(jí)線(xiàn)圈的互感隨鐵三、光纖位移檢測(cè)方法組成：光纖、光源和光敏元件。優(yōu)點(diǎn)：可在高溫、易燃、易爆環(huán)境中使用；與被測(cè)對(duì)象不接觸，有利于提高測(cè)量精度；可遠(yuǎn)距離測(cè)量等。簡(jiǎn)單光纖位移傳感器

發(fā)送光纖和接受光纖的端面相對(duì)，間隔為1～2μm。接受光纖接收到的光強(qiáng)隨兩光纖徑向相對(duì)位置的不同而不同。反射式光纖位移傳感器

光線(xiàn)照射到被測(cè)物體，經(jīng)其反射后導(dǎo)入光敏元件。光強(qiáng)度隨物體的位移變化而變化。2022/11/1866三、光纖位移檢測(cè)方法組成：光纖、光源和光敏元件。簡(jiǎn)單光纖位移

光源的光經(jīng)發(fā)送光纜的端面處呈圓錐狀擴(kuò)散，照射到物體表面；被測(cè)物體反射光的一部分經(jīng)接受光纜傳到光敏元件，照射光圓錐和發(fā)射光圓錐相重疊部分的光強(qiáng)將被檢測(cè)出。光強(qiáng)隨物體的位移的變化而變化。2022/11/1867光源的光經(jīng)發(fā)送光纜的端面處呈圓錐狀擴(kuò)散，照射到物體表

數(shù)字式位移檢測(cè)是利用柵格編碼器將長(zhǎng)度或角度的變化直接轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)或二進(jìn)制符號(hào)的方法。包括光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺和磁柵標(biāo)尺等多種方式。8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測(cè)Opticaldigitaldisplacementdetecting一、光柵標(biāo)尺

在基體上刻制有等間距均勻分布黑白條紋的光學(xué)元件，指示光柵短于主光柵。光源發(fā)出的光經(jīng)光柵縫隙透過(guò)，由光電元件（光電池、光敏三極管）檢測(cè)透射光強(qiáng)，可通過(guò)計(jì)數(shù)測(cè)位移，可由相位判斷移動(dòng)方向。兩排光柵相位相差1/4周期，通過(guò)S1、S2輸出信號(hào)的相位關(guān)系，可以判斷G1的移動(dòng)方向。2022/11/1868數(shù)字式位移檢測(cè)是利用柵格編碼器將長(zhǎng)度或角當(dāng)兩光柵柵線(xiàn)不平行，相差微小角度θ時(shí)，在與柵線(xiàn)近似成直角的方向上有粗條紋產(chǎn)生，稱(chēng)為莫爾條紋。如圖：刻線(xiàn)重合處，光從縫隙透過(guò)形成亮帶，黑帶是因兩光柵的線(xiàn)紋彼此錯(cuò)開(kāi)，擋光而形成。莫爾條紋的方向幾乎與刻線(xiàn)垂直。莫爾條紋間距W與柵格間距P之間的關(guān)系近似為：W=P/θ二、莫爾條紋標(biāo)尺2022/11/1869當(dāng)兩光柵柵線(xiàn)不平行，相差微小角度θ時(shí)，在與柵線(xiàn)近似成容柵傳感器是基于變面積工作原理的電容傳感器，它的電極排列如同柵狀。與其他大位移傳感器，如光柵、磁柵等相比，雖然精度稍差，但體積小、造價(jià)低、耗電省，廣泛應(yīng)用于電子數(shù)顯卡尺、千分尺、高度儀、坐標(biāo)儀等幾百毫米以下行程的測(cè)量中。容柵傳感器可分為三類(lèi)：直線(xiàn)型容柵、圓容柵和圓筒形容柵。其中，直線(xiàn)型和圓筒形容柵傳感器用于直線(xiàn)位移的測(cè)量，圓形容柵傳感器用于角位移的測(cè)量。三、容柵標(biāo)尺2022/11/1870容柵傳感器是基于變面積工作原理的電容傳感器，它的電極排列如同各種容柵測(cè)量裝置2022/11/1871各種容柵測(cè)量裝置2022/11/1014各種容柵卡尺（續(xù)）2022/11/1872各種容柵卡尺（續(xù)）2022/11/1015各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）外卡尺汽車(chē)專(zhuān)用卡尺2022/11/1873各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）外卡尺汽車(chē)專(zhuān)用卡尺2022/11/10各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）內(nèi)卡尺2022/11/1874各種容柵數(shù)顯卡尺（續(xù)）內(nèi)卡尺2022/11/1017容柵數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu)2022/11/1875容柵數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu)2022/11/1018容柵數(shù)顯測(cè)高儀1.測(cè)力調(diào)節(jié)

2.測(cè)頭導(dǎo)軌

3.測(cè)頭

4.坐墊

5.液晶屏顯示

6.觸摸開(kāi)關(guān)

7.RS-232輸出

8.打印機(jī)

9.驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)

10.氣泵開(kāi)關(guān)

11.電源線(xiàn)

2022/11/1876容柵數(shù)顯測(cè)高儀1.測(cè)力調(diào)節(jié)

2.測(cè)頭導(dǎo)軌

3.測(cè)頭

4.坐墊四、磁柵標(biāo)尺組成：磁柵傳感器主要由磁尺（磁柵）、磁頭和信號(hào)處理電路組成。工作原理：磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它是利用磁帶錄音的原理將等節(jié)距的周期變化的電信號(hào)(正弦波或矩形波)用錄磁的方法記錄在磁性尺子或圓盤(pán)上而制成的。裝有磁柵傳感器的儀器或裝置工作時(shí)，磁頭相對(duì)于磁柵有一定的相對(duì)位置，在這個(gè)過(guò)程中，磁頭把磁柵上的磁信號(hào)讀出來(lái)，這樣就把被測(cè)位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。特點(diǎn)：磁柵價(jià)格低于光柵，且錄磁方便、易于安裝，測(cè)量范圍寬可超過(guò)十幾米，抗干擾能力強(qiáng)。2022/11/1877四、磁柵標(biāo)尺組成：磁柵傳感器主要由磁尺（磁柵）、磁頭和信號(hào)處磁柵的外形及結(jié)構(gòu)磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔2022/11/1878磁柵的外形及結(jié)構(gòu)磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔2022/11.磁柵（一）磁柵的結(jié)構(gòu)磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示，磁柵基體1是用不導(dǎo)磁材料做成的，上面鍍一層均勻的磁性薄膜2，經(jīng)過(guò)錄磁，其磁信號(hào)排列情況如圖中所示，要求錄磁信號(hào)幅度均勻，幅度變化應(yīng)小于10％，節(jié)距均勻。目前長(zhǎng)磁柵常用的磁信號(hào)節(jié)距一般為0.05mm和0.02mm兩種，圓磁柵的角節(jié)距一般為幾分至幾十分。磁柵基體：非導(dǎo)磁材料做成，具有良好的加工性能和電鍍性能，其線(xiàn)膨脹系數(shù)與被測(cè)體接近。常用鋼制作，用鍍銅的方法解決隔磁問(wèn)題。磁性薄膜：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度要大，矯頑力要高，性能穩(wěn)定，電鍍均勻。2022/11/18791.磁柵（一）磁柵的結(jié)構(gòu)磁柵結(jié)構(gòu)如圖所示，磁柵基體1是用不（二）磁柵的類(lèi)型磁柵可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵。長(zhǎng)磁柵主要用于直線(xiàn)位移測(cè)量，圓磁柵主要用于角位移測(cè)量。1)長(zhǎng)磁柵：分為尺型、帶型和同軸型。尺型：用于精度要求較高情況下。帶型：用于量程較大或安裝面不好安排時(shí)。同軸型：用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合或小型測(cè)量裝置中。2)圓磁柵：1.磁柵2022/11/1880（二）磁柵的類(lèi)型1.磁柵2022/11/1023幾種常見(jiàn)磁柵的結(jié)構(gòu)

2022/11/1881幾種常見(jiàn)磁柵的結(jié)構(gòu)2022/11/1024磁柵上的磁信號(hào)由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)的方式的不同，磁頭可分為動(dòng)態(tài)磁頭與靜態(tài)磁頭兩種。（一）動(dòng)態(tài)磁頭為非調(diào)制式磁頭，又稱(chēng)速度響應(yīng)式磁頭，只有一組線(xiàn)圈。讀出原理：2.磁頭當(dāng)磁頭與磁柵之間以一定的速度相對(duì)移動(dòng)時(shí)，磁頭線(xiàn)圈中輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與磁頭與磁柵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。相對(duì)靜止時(shí)就沒(méi)有信號(hào)輸出，故不適合用于工件尺寸測(cè)量。2022/11/1882磁柵上的磁信號(hào)由讀取磁頭讀出，按讀取信號(hào)的方式的不同，磁頭可（二）靜態(tài)磁頭為調(diào)制式磁頭，又稱(chēng)磁通響應(yīng)式磁頭，有勵(lì)磁線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈（輸出線(xiàn)圈/繞組）。它與動(dòng)態(tài)磁頭的根本不同之處在于，在磁頭與磁柵之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。讀出原理：鐵心的磁阻很大，磁柵上的信號(hào)磁通不能通過(guò)磁頭，因而輸出繞組無(wú)感應(yīng)電勢(shì)輸出。只有當(dāng)激勵(lì)磁信號(hào)兩次過(guò)零時(shí)，鐵心不飽和，磁柵上的信號(hào)磁通才能通過(guò)輸出繞組的鐵心而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。

1—磁頭；2—磁柵；3—輸出波形2.磁頭2022/11/1883（二）靜態(tài)磁頭鐵心的磁阻很大，磁柵上的信號(hào)磁通不能通過(guò)磁（二）靜態(tài)磁頭2.磁頭

靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁通變化來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。靜態(tài)磁頭輸出信號(hào)的頻率為勵(lì)磁電源頻率的兩倍，其幅值則與磁柵與磁頭之間的相對(duì)位移成正弦（或余弦）關(guān)系。2022/11/1884（二）靜態(tài)磁頭2.磁頭靜態(tài)磁頭的磁柵是利用它的漏磁靜態(tài)磁頭與磁尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出波形演示：2022/11/1885靜態(tài)磁頭與磁尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出波形演示：2022/11/10根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處理方式也不同。

動(dòng)態(tài)磁頭:只有一組繞組，其輸出信號(hào)為正弦波，信號(hào)的處理方法也比較簡(jiǎn)單，只要將輸出信號(hào)放大整形，然后由計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)n，就可以測(cè)量出位移量的大小。但這種方法測(cè)量精度較低，而且不能判別移動(dòng)方向。

3.信號(hào)處理方式

靜態(tài)磁頭:一般用兩個(gè)磁頭，兩個(gè)磁頭間距為nW/4，其中n為正整數(shù)，W為磁信號(hào)節(jié)距，也就是兩個(gè)磁頭布置成相位差90°關(guān)系。其信號(hào)處理方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種。2022/11/1886根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)讀出磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處（一）鑒幅方式

若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組加上同相的正弦激勵(lì)磁信號(hào)，則兩磁頭的輸出信號(hào)為：

經(jīng)濾除高頻載波后，得到與位移量x成比例的信號(hào)為：

2022/11/1887（一）鑒幅方式若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組加上同相的正弦激勵(lì)磁

若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦激勵(lì)信號(hào)，或?qū)⑤敵鲂盘?hào)移相/2，則兩磁頭輸出信號(hào)變?yōu)椋簩蓚€(gè)磁頭的輸出相減后，總輸出電壓為：結(jié)論：輸出信號(hào)的幅值不變，但相位與磁頭、磁柵相對(duì)位移量χ有關(guān)，可用鑒相電路測(cè)量出來(lái)。（二）鑒相方式2022/11/1888若兩磁頭的激勵(lì)磁繞組上施加相位差為/4的正弦激磁柵傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍與感應(yīng)同步器相似，其精度略低于感應(yīng)同步器。磁柵傳感器的特點(diǎn)：

①錄制方便，成本低廉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時(shí)可抹去重錄；②使用方便，可在儀器或機(jī)床上安裝后再錄制磁柵，因而可避免安裝誤差；③可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵。例如檢查蝸桿時(shí)希望基準(zhǔn)量中含有π因子，可在節(jié)距中考慮。4.磁柵傳感器的特點(diǎn)與誤差分析2022/11/1889磁柵傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍與感應(yīng)同步器相似，其精度略低于感磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項(xiàng)：影響零位誤差的主要因素有：①磁柵的節(jié)距誤差；②磁柵的安裝與變形誤差；③磁柵剩磁變化所引起的零位漂移；④外界電磁場(chǎng)干擾等。影響細(xì)分誤差的主要因素有：①由于磁膜不均勻或錄磁過(guò)程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等；②兩個(gè)磁頭間距偏離1/4節(jié)距較遠(yuǎn)；③兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱(chēng)引起的誤差；④磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)高次諧波分量的影響。4.磁柵傳感器的特點(diǎn)與誤差分析2022/11/1890磁柵傳感器的誤差也包括零位誤差與細(xì)分誤差兩項(xiàng)：4.磁柵傳感鑒相型磁柵數(shù)顯表的原理框圖

磁尺與磁頭接觸，使用壽命不如光柵，數(shù)年后易退磁。設(shè)置兩個(gè)磁頭的意義何在？2022/11/1891鑒相型磁柵數(shù)顯表的原理框圖磁尺與磁頭接觸，使用壽命設(shè)置兩個(gè)磁柵測(cè)量系統(tǒng)壓板磁頭磁尺2022/11/1892磁柵測(cè)量系統(tǒng)壓板磁頭磁尺2022/11/1035磁柵在磨床測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用磁尺磁頭安裝在何處？2022/11/1893磁柵在磨床測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用磁尺磁頭安裝在何處？2022/118.3轉(zhuǎn)速檢測(cè)

Rotatespeeddetecting一、離心力檢測(cè)法工作過(guò)程：

重錘受到離心力作用→克服彈簧力向上拉動(dòng)套筒→套筒的上下移動(dòng)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)→直接讀出讀數(shù)。一般應(yīng)使主軸沿垂直方向立起來(lái)使用，精確度±1％。2022/11/18948.3轉(zhuǎn)速檢測(cè)

Rotatespeeddetectin二、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法原理：光電碼盤(pán)和透射型光電耦合器結(jié)合，對(duì)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)，輸出信號(hào)是對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)窗口明暗的脈沖序列。光電耦合器：分透射型和反射型兩種，見(jiàn)圖8－13。由發(fā)光二極管和光敏晶體管（二極管或三極管）組成。發(fā)光二極管：是用半導(dǎo)體P-N結(jié)把電能轉(zhuǎn)換為光能的一種器件。顏色是由半導(dǎo)體材料決定的光敏晶體管：是一種利用受光照時(shí)載流子增加的半導(dǎo)體光電元件。由于三極管的放大作用，其靈敏度比光敏二極管高。2022/11/1895二、光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法原理：光電碼盤(pán)和透射型光電耦合器結(jié)合光電碼盤(pán)：透明玻璃上按一定的規(guī)律涂上黑白條碼。分為絕對(duì)光碼盤(pán)和增量光碼盤(pán)。絕對(duì)光碼盤(pán)：把旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度用二進(jìn)制編碼輸出?？蓹z測(cè)絕對(duì)角度，斷電恢復(fù)后可準(zhǔn)確檢測(cè)位置信息。2022/11/1896光電碼盤(pán)：透明玻璃上按一定的規(guī)律涂上黑白條碼。分為絕對(duì)光碼盤(pán)增量光碼盤(pán)：隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度輸出一列連續(xù)脈沖波，累計(jì)脈沖的個(gè)數(shù)可測(cè)量轉(zhuǎn)角。使用一個(gè)時(shí)只能檢測(cè)轉(zhuǎn)速，而不能檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向，改進(jìn)的三個(gè)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向。S2(n)S1(n)Z(1)增量編碼器的碼盤(pán)編碼盤(pán)一般只需三條碼道：增量碼道S1：扇區(qū)數(shù)n決定編碼器分辨力。辨向碼道S2基準(zhǔn)碼道Z2022/11/1897增量光碼盤(pán)：隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度輸出一列連續(xù)脈沖波，累計(jì)脈沖的8.4力的檢測(cè)方法

Forcedetectingmeathods

彈性體受力的作用時(shí)將發(fā)生彈性變形，檢測(cè)彈性體變形可求得力的大小。力矩是通過(guò)測(cè)量彈性體的扭轉(zhuǎn)變形而求得的。因此，位移測(cè)量的檢測(cè)方式是檢測(cè)力和力矩的基礎(chǔ)。這里要介紹幾種檢測(cè)彈性變形的傳感元件。常用的檢測(cè)彈性元件變形的傳感器:金屬應(yīng)變?cè)雽?dǎo)體應(yīng)變?cè)弘娫好魧?dǎo)電橡膠2022/11/18988.4力的檢測(cè)方法

Forcedetectingmea原理：金屬電阻絲的電阻R取決于金屬材料的電阻率ρ、長(zhǎng)度l和截面積S，有如下關(guān)系：一、金屬應(yīng)變?cè)?metalstraingauge)

在拉伸力作用下，金屬絲被拉長(zhǎng)，因此截面積縮小，導(dǎo)致電阻變化。其電阻的變化量相對(duì)于初始值可以表示為：拉伸l與截面直徑D之間的關(guān)系為：式中γ為材料的泊松比。2022/11/1899原理：金屬電阻絲的電阻R取決于金屬材料的電阻率ρ、長(zhǎng)度l和截應(yīng)變靈敏度K：表示單位應(yīng)變的阻值變化

金屬電阻絲由于彈性形變的電阻率變化很小，可以忽略；它的泊松比大約為0.3。因此K大約為2左右。2022/11/18100應(yīng)變靈敏度K：表示單位應(yīng)變的阻值變化金屬電阻絲由于彈如圖，一種是把金屬絲貼在塑料薄膜基片上，在電阻絲上外加覆蓋層；一種是在基板上加工箔片式薄膜電阻（采用光刻技術(shù)，均勻，阻值一致性好，傳遞應(yīng)變性能好，常用）。其粘貼方式隨測(cè)量目的的不同而不同。圖8－18是壓力和扭矩的粘貼方式。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式如圖8－17、8－18所示:

兩個(gè)應(yīng)變片分別承受拉伸力和壓縮力，一般使用兩組，接入測(cè)量電橋，可提高靈敏度和穩(wěn)定性。檢測(cè)扭矩時(shí)與軸線(xiàn)成45°角的各點(diǎn)上受力最大。2022/11/18101如圖，一種是把金屬絲貼在塑料薄膜基片上，在電阻絲上外工作原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)—單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生很大變化。特點(diǎn)：?jiǎn)挝粦?yīng)變的電阻率變化（即靈敏度）很大，電阻率變化與應(yīng)變量的關(guān)系如下：二、半導(dǎo)體應(yīng)變片(semiconductorstraingauge)

E為材料的彈性模數(shù)，表示應(yīng)變與作用力的關(guān)系；π稱(chēng)為半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻系數(shù)。體積小，一般用于測(cè)壓力。穩(wěn)定性差，需溫度補(bǔ)償電路，大應(yīng)變時(shí)，非線(xiàn)性。※金屬應(yīng)變片受壓縮力時(shí)阻值變?。欢雽?dǎo)體應(yīng)變片可能增大（N型阻值隨壓力的變化率為負(fù)，P型為正，因?yàn)闆Q定半導(dǎo)體阻值的電子和空穴的數(shù)量及移動(dòng)量在力的作用下可正可負(fù)）2022/11/18102工作原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)—單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受定義：某些物質(zhì)如石英、陶瓷等在受外力作用時(shí)不僅幾何尺寸發(fā)生變化而且內(nèi)部分子極化，使材料表面帶電荷的現(xiàn)象。特點(diǎn)：表面電荷很快被材料內(nèi)部的自由電荷或環(huán)境中的雜散電荷中和掉，呈電中性。故不能測(cè)恒壓力，可響應(yīng)動(dòng)態(tài)壓力，還可用于加速度與振動(dòng)的測(cè)試。環(huán)境溫度的變化和壓電材料本身的時(shí)效，都會(huì)引起壓電常數(shù)的變化，導(dǎo)致傳感器靈敏度的變化，故需經(jīng)常校準(zhǔn)。逆壓電效應(yīng)：將壓電材料置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化，即機(jī)械變形。因此可對(duì)其施加交流電做振動(dòng)源，如高頻振動(dòng)臺(tái)和揚(yáng)聲器等。三、壓電效應(yīng)(piezoelectricity)2022/11/18103定義：某些物質(zhì)如石英、陶瓷等在受外力作用時(shí)不僅幾何尺寸發(fā)生變四、壓敏導(dǎo)電橡膠

在橡膠材料里摻入炭粉，當(dāng)炭粉濃度達(dá)到某一極限以上時(shí)，炭粉的顆粒部分發(fā)生接觸，會(huì)呈現(xiàn)一定的電阻率。當(dāng)其變形時(shí)，阻抗值將隨變形的強(qiáng)弱而變化，給其配上X、Y兩個(gè)