第五章運(yùn)動(dòng)量及振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)ppt課件

1、第五章 運(yùn)動(dòng)量及振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)運(yùn)動(dòng)量是描畫物體運(yùn)動(dòng)的量，運(yùn)動(dòng)量是描畫物體運(yùn)動(dòng)的量，包括位移、速度和加速度。運(yùn)包括位移、速度和加速度。運(yùn)動(dòng)量是最根本的量，運(yùn)動(dòng)量丈動(dòng)量是最根本的量，運(yùn)動(dòng)量丈量是最根本、最常見的丈量，量是最根本、最常見的丈量，它是許多物理量，如力、壓力、它是許多物理量，如力、壓力、溫度、振動(dòng)等丈量的前提，也溫度、振動(dòng)等丈量的前提，也是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)技術(shù)的根底。是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)技術(shù)的根底。振動(dòng)是工程技術(shù)和日常生活中振動(dòng)是工程技術(shù)和日常生活中普遍存在的物理景象。大多數(shù)普遍存在的物理景象。大多數(shù)情況下振動(dòng)是有害的，但也有情況下振動(dòng)是有害的，但也有可利用的一面，無(wú)論是要防止可利用的一面，無(wú)論

2、是要防止振動(dòng)危害還是要利用振動(dòng)，振振動(dòng)危害還是要利用振動(dòng)，振動(dòng)實(shí)驗(yàn)和丈量一直是一個(gè)重要?jiǎng)訉?shí)驗(yàn)和丈量一直是一個(gè)重要的、必不可少的手段。的、必不可少的手段。 5.1 位移檢測(cè) 5.2 速度檢測(cè) 5.3 加速度檢測(cè) 5.4 機(jī)械振動(dòng)丈量 位移是向量，是指物體或其某一部分的位置相對(duì)參考點(diǎn)在一定方向上產(chǎn)生的位置變化量。 因此位移的度量除要確定其大小外，還要確定其方向。位移的檢測(cè)包括線位移和角位移的丈量位移丈量包括了長(zhǎng)度、厚度、高度、間隔、鍍層厚度、外表粗糙度、角度等 常用位移丈量方法如下：1丈量速度積分法 2回波法 3線位移和角位移轉(zhuǎn)換法 4位移傳感器法 1 1丈量速度積分法丈量速度積分法 丈量運(yùn)動(dòng)體的

3、速度或加速度，經(jīng)過(guò)積丈量運(yùn)動(dòng)體的速度或加速度，經(jīng)過(guò)積分或二次積分求得運(yùn)動(dòng)體的位移。分或二次積分求得運(yùn)動(dòng)體的位移。 例如在慣性導(dǎo)航中，就是經(jīng)過(guò)丈量載例如在慣性導(dǎo)航中，就是經(jīng)過(guò)丈量載體的加速度，經(jīng)過(guò)二次積分而求得載體的體的加速度，經(jīng)過(guò)二次積分而求得載體的位移。位移。2 2回波法回波法 從丈量起始點(diǎn)到被測(cè)面是一種介質(zhì)，從丈量起始點(diǎn)到被測(cè)面是一種介質(zhì)，被測(cè)面以后是另一種介質(zhì)，利用介質(zhì)分界面被測(cè)面以后是另一種介質(zhì)，利用介質(zhì)分界面對(duì)波的反射原理測(cè)位移。對(duì)波的反射原理測(cè)位移。 例如激光測(cè)距儀、超聲波液位計(jì)都是例如激光測(cè)距儀、超聲波液位計(jì)都是利用分界面對(duì)激光、超聲波的反射丈量位移利用分界面對(duì)激光、超聲波的反射

4、丈量位移的。相關(guān)測(cè)距那么是利用相關(guān)函數(shù)的時(shí)延性的。相關(guān)測(cè)距那么是利用相關(guān)函數(shù)的時(shí)延性質(zhì)，將向某被測(cè)物發(fā)射信號(hào)與經(jīng)被測(cè)物反射質(zhì)，將向某被測(cè)物發(fā)射信號(hào)與經(jīng)被測(cè)物反射的前往信號(hào)作相關(guān)處置，求得時(shí)延的前往信號(hào)作相關(guān)處置，求得時(shí)延，從而，從而推算出發(fā)射點(diǎn)與被測(cè)物之間的間隔。推算出發(fā)射點(diǎn)與被測(cè)物之間的間隔。3 3線位移和角位移轉(zhuǎn)換法線位移和角位移轉(zhuǎn)換法 被丈量是線位移時(shí)，假設(shè)丈量角位移被丈量是線位移時(shí)，假設(shè)丈量角位移更方便，那么可用間接丈量方法，經(jīng)過(guò)測(cè)角更方便，那么可用間接丈量方法，經(jīng)過(guò)測(cè)角位移再換算成線位移。位移再換算成線位移。 同樣，被丈量是角位移時(shí)，也可先測(cè)線同樣，被丈量是角位移時(shí)，也可先測(cè)線位移再

5、進(jìn)展轉(zhuǎn)換。位移再進(jìn)展轉(zhuǎn)換。 例如汽車的里程表，是經(jīng)過(guò)丈量車輪例如汽車的里程表，是經(jīng)過(guò)丈量車輪轉(zhuǎn)數(shù)再乘以周長(zhǎng)而得到汽車的里程的。轉(zhuǎn)數(shù)再乘以周長(zhǎng)而得到汽車的里程的。4 4位移傳感器法位移傳感器法 經(jīng)過(guò)位移傳感器，將被測(cè)位移量的變化經(jīng)過(guò)位移傳感器，將被測(cè)位移量的變化轉(zhuǎn)換成電量電壓、電流、阻抗等、流轉(zhuǎn)換成電量電壓、電流、阻抗等、流量、光通量、磁通量等的變化。位移傳感量、光通量、磁通量等的變化。位移傳感器法是目前運(yùn)用最廣泛的一種方法。器法是目前運(yùn)用最廣泛的一種方法。 普通來(lái)說(shuō)，在進(jìn)展位移丈量時(shí)，要充普通來(lái)說(shuō)，在進(jìn)展位移丈量時(shí)，要充分利用被測(cè)對(duì)象所在場(chǎng)所和具備的條件來(lái)分利用被測(cè)對(duì)象所在場(chǎng)所和具備的條件來(lái)設(shè)

6、計(jì)、選擇丈量方法。設(shè)計(jì)、選擇丈量方法。 位移的傳感器種類繁多，可根據(jù)位移檢測(cè)范圍變化的大小選用。 下面引見幾種線位移傳感器。電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器 1電感式位移傳感器電感式位移傳感器 2光柵位移傳感器光柵位移傳感器 3感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 4激光間隔檢測(cè)激光間隔檢測(cè) 5 圖5-1(b)中，丈量軸與內(nèi)部電位器電刷相連，當(dāng)其與被測(cè)物相接觸，有位移輸入時(shí)，丈量軸便沿導(dǎo)軌挪動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)電刷在滑線電阻上挪動(dòng)，因電刷的位置變化會(huì)有電阻變化，由電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，就可以判別位移的大小。如要求同時(shí)測(cè)出位移的大小和方向?？蓪D中的精細(xì)無(wú)感電阻和滑線電阻組成橋式丈量電路。 丈量原理：丈量原理： 在電

7、位器A、C兩端接上鼓勵(lì)電壓Ui，那么當(dāng)電刷在輸入位移驅(qū)動(dòng)下挪動(dòng)時(shí)，B、C兩端就會(huì)有電壓輸出Uo。設(shè)電位器為線性，長(zhǎng)度為l，總電阻為R，電刷位移為x，相應(yīng)電阻為Rx，負(fù)載電阻為RL，根據(jù)電路分壓原理，電路的輸出電壓為： 電位器式位移傳感器丈量原理與電路模型 )/()/(LxLxxLxLxioRRRRRRRRRRUU假設(shè)負(fù)載電阻為RL，那么有： lxURRUUixio優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)造簡(jiǎn)單, 價(jià)錢低廉, 性能穩(wěn)定, 對(duì)環(huán)境條件要求不高, 輸出信號(hào)大，便于維修。 缺陷 電刷與電阻元件之間存在摩擦, 易磨損，易產(chǎn)生噪聲，分辨力有限, 精度不夠高, 要求輸入的能量大，動(dòng)態(tài)呼應(yīng)較差，僅適于丈量變化較緩慢的量。 丈

8、量原理：丈量原理： 電感式位移傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測(cè)位移電感式位移傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。按傳感器構(gòu)造的不同，轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。按傳感器構(gòu)造的不同，可分為自感式電感式可分為自感式電感式 、互感式差動(dòng)變壓器、互感式差動(dòng)變壓器 和電渦流式。和電渦流式。自感式自感式分為三類：分為三類：變氣隙式變氣隙式 變截面積式變截面積式 螺管式螺管式 經(jīng)過(guò)推算可以知道線圈的自感量L有如下關(guān)系式： 其中空氣隙厚度；S磁路有效截面積；N線圈匝數(shù)；0空氣磁導(dǎo)率 結(jié)論：只需被測(cè)位移可以引起空氣隙或等效截面積S變化，線圈的自感量就會(huì)隨之變化。 220SNL 對(duì)于變氣隙式，只能用于

9、微小位移的丈量，普通約為0.001mm1mm。 對(duì)于變截面積式，其線性度良好、丈量范圍較大，但靈敏度較低，且有漏感，即在S=0時(shí)，仍有一定的自感量。 對(duì)于螺管式，傳感器構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造容易，適用于丈量比較大的位移。但靈敏度稍低。三種方式的優(yōu)缺陷：三種方式的優(yōu)缺陷：存在問(wèn)題？存在問(wèn)題？ 三種類型的自感位移傳感器在任務(wù)時(shí)，三種類型的自感位移傳感器在任務(wù)時(shí)，由于線圈中通有交流勵(lì)磁電流，銜鐵一直由于線圈中通有交流勵(lì)磁電流，銜鐵一直接受電磁吸力，因此會(huì)引起振動(dòng)及附加誤接受電磁吸力，因此會(huì)引起振動(dòng)及附加誤差，而外界的干擾如電源電壓頻率的變化，差，而外界的干擾如電源電壓頻率的變化，溫度的變化也會(huì)呵斥丈量誤差，

10、另外，非溫度的變化也會(huì)呵斥丈量誤差，另外，非線性誤差較大。線性誤差較大。 處理方法處理方法采用差動(dòng)構(gòu)造，兩個(gè)一樣的傳感器線圈共用一個(gè)銜鐵構(gòu)成差動(dòng)式自感位移傳感器 。如右圖減小電磁吸力的作用，對(duì)溫度、電源頻率變化的影響也可以相互抵消，大大提高傳感器的靈敏度，改善線性，減少丈量誤差。采用差動(dòng)式自感位移傳感器的優(yōu)勢(shì)變氣隙式靈敏度k 為：2202SNddLk而差動(dòng)變氣隙式靈敏度k變?yōu)椋?22022022SNSNddLk比較如下:傳感器靈敏度提高了一倍傳感器靈敏度提高了一倍 線性度比較如以下圖： 結(jié)論：差動(dòng)變壓器較多采用螺管式 ，如圖a所示，等效電路如圖 (b)所示 差動(dòng)變壓器輸出電勢(shì)的大小和相位可以反

11、響銜鐵位移量的大小和方向 ，輸出電壓的有效值為：121212)(2ULRMU結(jié)論：當(dāng)鼓勵(lì)電壓的幅值結(jié)論：當(dāng)鼓勵(lì)電壓的幅值U1U1和角頻率和角頻率、初級(jí)線圈、初級(jí)線圈的等效電阻的等效電阻R1R1及電感及電感L1L1為為定值時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出定值時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓的幅值電壓的幅值U2U2與互感的變與互感的變化量化量M M成正比，而且在銜成正比，而且在銜鐵上移或下移量相等時(shí)，鐵上移或下移量相等時(shí)，輸出電壓幅值一樣，但相輸出電壓幅值一樣，但相位相差位相差180180。 差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如圖5-7所示 電渦流式位移傳感器是利用渦流效應(yīng)，將位移量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化而進(jìn)展丈量的。傳感器原理和構(gòu)造分

12、別如圖 線圈的阻抗變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何外形、線圈的幾何參數(shù)、鼓勵(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的間隔有關(guān)。 假設(shè)控制上述參數(shù)中的僅間隔改動(dòng)，而其他參恒定不變，那么阻抗就成為這個(gè)間隔的單值函數(shù)，阻抗的變化就可以反映線圈到被測(cè)金屬導(dǎo)體間的間隔大小變化。 電渦流位移傳感器的丈量電路有調(diào)頻和調(diào)幅式等，圖5-10是一種調(diào)幅式丈量電路。 電渦流式傳感器構(gòu)造簡(jiǎn)單、頻率呼應(yīng)寬、靈敏度高、丈量范圍大、抗干憂才干強(qiáng)，特別是有非接觸丈量的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)消費(fèi)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用。 光柵位移傳感器構(gòu)造光柵位移傳感器構(gòu)造光柵位移傳感器由光源、光路系統(tǒng)、光柵副(標(biāo)尺光柵+指示光柵)和光敏元件組

13、成，其構(gòu)造如圖5-12所示。 當(dāng)被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，光源發(fā)出的光透過(guò)光柵縫隙構(gòu)成的光脈沖被光敏元件接納并計(jì)數(shù), 即可實(shí)現(xiàn)位移丈量，被測(cè)物體位移=柵距脈沖數(shù)。光柵位移傳感器 莫爾條紋莫爾條紋 在用光柵丈量位移時(shí)，由于刻線很密，柵距很小，而光敏元件有一定的機(jī)械尺寸，故很難分辨究竟挪動(dòng)了多少個(gè)柵距。實(shí)踐丈量是利用光柵的莫爾條紋景象進(jìn)展的。莫爾條紋的產(chǎn)生莫爾條紋的產(chǎn)生 莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) a. 放大作用 b. 誤差平均作用 c. 方向?qū)?yīng)與同步性光柵位移丈量原理光柵位移丈量原理用光敏元件接納莫爾條紋挪動(dòng)光陰強(qiáng)的變化并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。光敏元件接納的光強(qiáng)變化近似于正弦波，其輸出電壓信號(hào)的幅值U為光

14、柵位移量x的正弦函數(shù)，即： U=U0+Umsin(2x/W) 式中 U0輸出信號(hào)中的直流分量；Um輸出信號(hào)中正弦交流分量的幅值；x兩光柵間的相對(duì)位移將該電壓信號(hào)放大、整形為方波，再由微分電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)辨向電路后送可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，就可得出位移量的大小，位移量為脈沖數(shù)與柵距的乘積，丈量分辨力為光柵柵距W。光柵位移傳感器特點(diǎn)光柵位移傳感器特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：丈量量程范圍大優(yōu)點(diǎn)：丈量量程范圍大( (可達(dá)數(shù)米可達(dá)數(shù)米) )且同時(shí)具有高分且同時(shí)具有高分辨力辨力( (可達(dá)可達(dá)0.01m)0.01m)和高精度；可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)丈量；輸出和高精度；可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)丈量；輸出數(shù)字量，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化丈量和自動(dòng)控制；具有較強(qiáng)數(shù)

15、字量，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化丈量和自動(dòng)控制；具有較強(qiáng)的抗干擾才干。的抗干擾才干。 缺陷：對(duì)運(yùn)用環(huán)境要求較高，怕振動(dòng)，怕油污、灰塵缺陷：對(duì)運(yùn)用環(huán)境要求較高，怕振動(dòng)，怕油污、灰塵等的污染；制造本錢高。等的污染；制造本錢高。 光柵位移傳感器直線感應(yīng)同步器構(gòu)造直線感應(yīng)同步器構(gòu)造直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成，其構(gòu)造如圖5-14所示 定尺和滑尺上的電路繞組都是用印刷電路工藝制成的矩形繞組，定尺繞組為單相延續(xù)繞組，節(jié)距為W2，普通取W2=2mm?；呱嫌袃山M分開的繞組，兩個(gè)繞組間的間隔L1應(yīng)滿足關(guān)系：L1= (n/2+1/4)W2，其中n為正整數(shù)。由于兩繞組相差90相位角，故分別稱為正弦繞組和余弦繞組。兩相

16、繞組節(jié)距一樣，均為W1，通常取W1 = W2= W。直線感應(yīng)同步器構(gòu)造直線感應(yīng)同步器構(gòu)造圖5-15是直線感應(yīng)同步器繞組構(gòu)造表示圖。圖中上部為定尺繞組，下部為W型滑尺繞組。為了減小由于定尺和滑尺任務(wù)面不平行或氣隙不均勻帶來(lái)的誤差，各正弦和余弦繞組交替陳列。(2) (2) 直線感應(yīng)同步器任務(wù)原理直線感應(yīng)同步器任務(wù)原理 采用滑尺繞組勵(lì)磁，從定尺繞組取出感應(yīng)電勢(shì)的鼓勵(lì)方式。定尺繞組中感應(yīng)電勢(shì)的波形圖見圖5-16 正弦或余弦繞組在定尺上產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電勢(shì)分別為： xWtkUems2cossinxWtskUemc2insin可見：定尺的感應(yīng)電勢(shì)可見：定尺的感應(yīng)電勢(shì)取決于滑尺的相對(duì)位移取決于滑尺的相對(duì)位移x

17、 x，故經(jīng)過(guò)感應(yīng)電勢(shì)可丈量位故經(jīng)過(guò)感應(yīng)電勢(shì)可丈量位移。移。(3) (3) 感應(yīng)同步器信號(hào)的檢測(cè)感應(yīng)同步器信號(hào)的檢測(cè) 感應(yīng)同步器輸出信號(hào)的檢測(cè)方法：鑒幅法鑒相法在滑尺的正、余弦繞組上施加頻率和相位一樣、但幅值不同的正弦鼓勵(lì)電壓 鑒幅法引見鑒幅法引見tUutUuccsssinsin利用函數(shù)電壓發(fā)生器使鼓勵(lì)電壓的幅值滿足 cossinmcmsUUUU感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，可進(jìn)展線性疊加，可得定尺繞組輸出的總感應(yīng)電勢(shì)為 tkUtskUtkUeeemmmcssin)sin(insincoscossinsin式中kUmsin( )為感應(yīng)電勢(shì)的幅值，其值隨位移相位角(即位移x)而變化。假設(shè)調(diào)整給定

18、鼓勵(lì)電壓的相位角，使輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的幅值為0，那么此時(shí)有 ( ) = 0。由于 = = 2x/W，所以位移x = W/2，這就是鑒幅法測(cè)位移x的原理。 具有較高的精度與分辨力。 丈量長(zhǎng)度范圍不受限制。 抗干擾才干強(qiáng)。 運(yùn)用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。 工藝性好，本錢較低，便于復(fù)制和成批消費(fèi)。 輸出信號(hào)較弱，需求高放大倍數(shù)的前置放大器。(4) (4) 感應(yīng)同步器的特點(diǎn)感應(yīng)同步器的特點(diǎn) 激光測(cè)距的原理：激光測(cè)距的原理： 利用激光器向目的發(fā)射單次激光脈沖或脈沖串，光脈沖從目的反射后被接納，經(jīng)過(guò)丈量激光脈沖在待測(cè)間隔上往返傳播的時(shí)間，計(jì)算出待測(cè)間隔。 換算公式為： 2ctL 式中，L待測(cè)間隔；c光速，t光波往

19、返傳輸時(shí)間。丈量傳輸時(shí)間t，有脈沖式(直接測(cè)定時(shí)間)和相位式(間接測(cè)定時(shí)間)兩種方法。 脈沖式激光測(cè)距脈沖式激光測(cè)距任務(wù)原理如圖5-17所示 激光脈沖到目的的往返傳輸時(shí)間 測(cè)得t即可計(jì)算出被測(cè)間隔 fnnt12 2相位式激光測(cè)距相位式激光測(cè)距用相位延遲丈量的間接方法測(cè)定光在待測(cè)間隔上往返傳播所需的時(shí)間，相位式激光測(cè)距方法的原理如圖5-18所示 激光脈沖往返傳輸時(shí)間為： fNt222ctL 又又那么待測(cè)間隔L為：)(2222NNfNcL式中，=c / f；N = /2，0N1。2 2相位式激光測(cè)距相位式激光測(cè)距相位法測(cè)距就像用尺量間隔，測(cè)尺長(zhǎng)度為/2，N為整尺長(zhǎng)，N為缺乏整尺的零數(shù)。但是，任何丈

20、量交變信號(hào)相位移的方法都不能確定出相位移的整周期數(shù)N，而只能測(cè)定其中缺乏2的 ,測(cè)尺長(zhǎng)度/2大于待測(cè)間隔L，那么由式(5-24)可知，N0，故： 22L測(cè)出相位差 就可以測(cè)出間隔。 假設(shè)被測(cè)間隔較長(zhǎng)，那么可選擇較低的調(diào)制頻率f，使相應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)度大于待測(cè)間隔，這樣就可保證間隔丈量確實(shí)定性。但是由于測(cè)相系統(tǒng)精度有限，過(guò)大的測(cè)尺長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致間隔丈量的誤差增大。 KTCKTC線性位移傳感器線性位移傳感器 江門市安泰電子產(chǎn)品江門市安泰電子產(chǎn)品KTC拉桿系列傳感器用于對(duì)位移或者長(zhǎng)度進(jìn)展準(zhǔn)確丈量。量程長(zhǎng)達(dá)1250mm，線性度0.05%型號(hào)大于350mm，反復(fù)精度0.01mm。典型運(yùn)用于注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、橡膠機(jī)、

21、鞋機(jī)、EVA注射機(jī)、木工機(jī)械、液壓機(jī)械等。 類類 型：型： 位移傳感器位移傳感器 量量 程：程： 0 07575425mm 0425mm 04504501250mm1250mm精精 確確 度：度： 0.05%0.05%電電 阻：阻： 50% K 50% K 50%50%200% K200% K供電電源：供電電源： 10A 10A任務(wù)溫度：任務(wù)溫度： -60 -60150150最大任務(wù)速度：最大任務(wù)速度：10m/s10m/s特特 點(diǎn)：點(diǎn)： KTC KTC是普統(tǒng)統(tǒng)用型，適宜各類型設(shè)備是普統(tǒng)統(tǒng)用型，適宜各類型設(shè)備的位置檢測(cè)的位置檢測(cè)典型運(yùn)用：典型運(yùn)用： 注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、橡膠機(jī)、鞋機(jī)、注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、

22、橡膠機(jī)、鞋機(jī)、EVAEVA注射機(jī)、木工機(jī)械、液壓機(jī)械等注射機(jī)、木工機(jī)械、液壓機(jī)械等技術(shù)目的技術(shù)目的對(duì)丈量線性位移的傳感器進(jìn)展構(gòu)造上適當(dāng)變動(dòng)，可以用于角位移的丈量。例如： 思索：與丈量線位移進(jìn)展比較幾種常用的角位移傳感器 1. 1. 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器2 2微動(dòng)同步器式角位移傳感器微動(dòng)同步器式角位移傳感器3. 3. 數(shù)字式角編碼器數(shù)字式角編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種基于電磁感應(yīng)原理任務(wù)的精細(xì)角度位置檢測(cè)安旋轉(zhuǎn)變壓器是一種基于電磁感應(yīng)原理任務(wù)的精細(xì)角度位置檢測(cè)安裝，又稱分解器，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系裝，又稱分解器，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)。的電信號(hào)。構(gòu)造類型構(gòu)

23、造類型旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。交流激磁電壓接到定子繞組上，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由轉(zhuǎn)子繞組輸出。圖5-22 為二極旋轉(zhuǎn)變壓器繞組構(gòu)造。 任務(wù)原理任務(wù)原理互感原理任務(wù)互感原理任務(wù) 設(shè)加在定子繞組的勵(lì)磁電壓為： ，由于旋轉(zhuǎn)變壓器在構(gòu)造上保證了定子和轉(zhuǎn)子間氣隙內(nèi)的磁通分布呈正(余)弦規(guī)律，所以轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： sinsin3tkUUm式中，Um勵(lì)磁電壓幅值；k變壓比(即轉(zhuǎn)、定子繞組匝數(shù)比)； 勵(lì)磁電壓圓頻率；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。 SinwtUUm1可見：轉(zhuǎn)子輸出電壓大可見：轉(zhuǎn)子輸出電壓大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩繞組軸線的空間相互位繞組軸線的空間

24、相互位置，兩者垂直時(shí)置，兩者垂直時(shí)=0=0，U3U3為零；兩者平行時(shí)為零；兩者平行時(shí)=90=90，U3U3最大。圖最大。圖5-5-2323為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)子繞為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。組感應(yīng)電勢(shì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 丈量方式丈量方式 鑒相式 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電壓為：)cos(cossintkUkUkUUmcs可知感應(yīng)電壓的相位角就等于轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角。因此只需檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。 鑒幅式 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電壓為：tsin)cos(cossinmcskUkUkUU假設(shè)知?jiǎng)?lì)磁電壓的相位角 ，那么只需測(cè)出轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U的幅值kUmcos( -)，便可間接求出轉(zhuǎn)子與定子的

25、相對(duì)位置；假設(shè)不斷調(diào)整勵(lì)磁電壓的相位角 ，使幅值U的幅值kUmcos( -)為0，跟蹤的變化，即可由求得角位移。 微動(dòng)同步器構(gòu)造原理如圖5-24 微動(dòng)同步器定子繞組的接線方式如圖5-25 由四極定子和兩極轉(zhuǎn)子組成。定子的每個(gè)極上有兩個(gè)繞組，將各極中的一個(gè)繞組串聯(lián)，組成初級(jí)勵(lì)磁回路；將各極中的另一個(gè)繞組串聯(lián)，組成次級(jí)感應(yīng)回路。 按圖5-25所示的繞組接線方式，次級(jí)繞組總感應(yīng)輸出電壓為： keeeeU)(232124220式中，k微動(dòng)同步器的靈敏度； 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角；e2i(i=1,2,3,4)是各次級(jí)繞組感應(yīng)電壓。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖5-24所示的對(duì)稱于定子的位置時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子之間的四個(gè)氣隙幾何外形完全

26、一樣，各極的磁通相等，從而使I、III極上的感應(yīng)電壓與II、IV級(jí)上的感應(yīng)電壓相等，總的輸出電壓為零，轉(zhuǎn)子被看成是處于零位。假設(shè)轉(zhuǎn)子偏離零位一個(gè)角度，那么四個(gè)氣隙不再一樣，呵斥各極磁通的變化量不同，其中一對(duì)磁級(jí)的磁通量減小，另一對(duì)磁級(jí)的磁通量添加。這樣，次級(jí)就有一個(gè)正比于轉(zhuǎn)子角位移的電壓輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向改動(dòng)時(shí)，輸出電壓也有180的相位躍變。 微動(dòng)同步器的靈敏度大約為每度0.25V，丈量范圍約540，線性度優(yōu)于0.1。 角編碼器在構(gòu)造上主要由可旋轉(zhuǎn)的碼盤和信號(hào)檢測(cè)安裝組成。 按碼盤刻度方法及信號(hào)輸出方式分類：增量式絕對(duì)式混合式增量式編碼器的輸出是一系列脈沖，用一個(gè)計(jì)數(shù)安裝對(duì)脈沖進(jìn)展加或減計(jì)數(shù)，再

27、配合零位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)角位移的丈量。 絕對(duì)式編碼器的輸出是與轉(zhuǎn)角位置相對(duì)應(yīng)的、獨(dú)一的數(shù)字碼，假設(shè)需求丈量角位移量，那么只需將前后兩次位置的數(shù)字碼相減就可以得到要求丈量的角位移。 按碼盤信號(hào)的讀取方式分類光電式接觸式電磁式 光電式絕對(duì)編碼器構(gòu)造與任務(wù)原理光電式絕對(duì)編碼器構(gòu)造與任務(wù)原理光電式絕對(duì)編碼器的碼盤如圖5-26所示 在360范圍內(nèi)可編數(shù)碼數(shù)為24=16個(gè)，在圓周內(nèi)的每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)于不同的編碼 ，只需根據(jù)碼盤的起始和終止位置, 就可以確定角位移 光電式編碼器構(gòu)造表示圖如圖5-27絕對(duì)位置的二進(jìn)制編碼的產(chǎn)生 絕對(duì)編碼器的角度分辨率 如何保證高分辨率和丈量精度 規(guī)范二進(jìn)制編碼的碼盤的缺陷 改良方

28、法：采用二進(jìn)制循環(huán)碼盤(格雷碼盤) ，它的相鄰數(shù)的編碼只需一位變化，因此就把誤差控制在最小單位內(nèi)，防止了非單值性誤差。 光電式絕對(duì)編碼器特點(diǎn)光電式絕對(duì)編碼器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角或角位移轉(zhuǎn)換成獨(dú)一對(duì)應(yīng)的代碼，無(wú)需記直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角或角位移轉(zhuǎn)換成獨(dú)一對(duì)應(yīng)的代碼，無(wú)需記憶，無(wú)需參考點(diǎn)，無(wú)需計(jì)數(shù)；憶，無(wú)需參考點(diǎn)，無(wú)需計(jì)數(shù)；2.在電源切斷后位置信息也不會(huì)喪失，而且指示沒有累積誤在電源切斷后位置信息也不會(huì)喪失，而且指示沒有累積誤差；差；3.大大提高了編碼器的抗干擾才干和數(shù)據(jù)的可靠性；大大提高了編碼器的抗干擾才干和數(shù)據(jù)的可靠性；4.無(wú)磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度堅(jiān)持性好無(wú)磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度堅(jiān)持性好

29、缺陷：缺陷： 1. 構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)錢高，碼盤基片為玻璃，抗沖擊構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)錢高，碼盤基片為玻璃，抗沖擊和振動(dòng)才干差；和振動(dòng)才干差； 2. 隨著分辨率的提高信號(hào)引出線較多隨著分辨率的提高信號(hào)引出線較多HGD-256光電單圈絕對(duì)編碼器光電單圈絕對(duì)編碼器 HGD-256型光電式絕對(duì)編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度丈量轉(zhuǎn)角或直線位移。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。1、信號(hào)輸出方式有：a.并行格雷碼輸出b.485串行信號(hào)輸出c.4-20mA電流輸出d. SSI同步串行信號(hào)輸出2、根據(jù)用戶要求可設(shè)定并控制丈量范圍的上、下限3、可以直接銜接PLC或上位機(jī)4、鋁合金外

30、殼，特殊外表處置特點(diǎn)：特點(diǎn)： 5.1 位移檢測(cè) 5.2 速度檢測(cè) 5.3 加速度檢測(cè) 5.4 機(jī)械振動(dòng)丈量 速度 ：在單位時(shí)間內(nèi)的位移增量 ，矢量，有大小，也有方向 物體運(yùn)動(dòng)速度的丈量分兩種： 線速度丈量 旋轉(zhuǎn)速度的丈量 如彈丸的飛行速度、機(jī)構(gòu)振動(dòng)速度的丈量，線速度的計(jì)量單位是米/秒(m/s)，工程上也用千米/小時(shí)(km/h)表示 如電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度，常稱其為轉(zhuǎn)速丈量，單位是轉(zhuǎn)/分(r/min)，而在被測(cè)轉(zhuǎn)速很小時(shí)，丈量單位時(shí)間內(nèi)物體轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱為角速度丈量，單位是弧度/秒(rad/s) 常用的速度丈量方法有下述幾種：微、積分測(cè)速法微、積分測(cè)速法 線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測(cè)速法線速度和角速度相

31、互轉(zhuǎn)換測(cè)速法 利用物理參數(shù)測(cè)速法利用物理參數(shù)測(cè)速法( (速度傳感器法速度傳感器法) ) 時(shí)間、位移計(jì)算測(cè)速法時(shí)間、位移計(jì)算測(cè)速法 1 1微、積分測(cè)速法微、積分測(cè)速法 對(duì)測(cè)得的物體運(yùn)動(dòng)的位移信號(hào)微分可對(duì)測(cè)得的物體運(yùn)動(dòng)的位移信號(hào)微分可以得到物體運(yùn)動(dòng)速度，或?qū)y(cè)得的物體運(yùn)動(dòng)以得到物體運(yùn)動(dòng)速度，或?qū)y(cè)得的物體運(yùn)動(dòng)的加速度信號(hào)作時(shí)間積分也可以得到速度。的加速度信號(hào)作時(shí)間積分也可以得到速度。 例如在振動(dòng)丈量時(shí)，運(yùn)用加速度計(jì)測(cè)得例如在振動(dòng)丈量時(shí)，運(yùn)用加速度計(jì)測(cè)得振動(dòng)體的振動(dòng)加速度信號(hào)，或運(yùn)用振幅計(jì)測(cè)振動(dòng)體的振動(dòng)加速度信號(hào)，或運(yùn)用振幅計(jì)測(cè)得振動(dòng)體的位移信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電路進(jìn)展積分得振動(dòng)體的位移信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電路進(jìn)展

32、積分或微分運(yùn)算而得到振動(dòng)速度?；蛭⒎诌\(yùn)算而得到振動(dòng)速度。2 2線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測(cè)速法線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測(cè)速法 線速度與角速度在同一運(yùn)動(dòng)體上是有固線速度與角速度在同一運(yùn)動(dòng)體上是有固定關(guān)系的，在丈量時(shí)可以采用互換的方法到定關(guān)系的，在丈量時(shí)可以采用互換的方法到達(dá)方便丈量的目的。達(dá)方便丈量的目的。 例如測(cè)火車行駛速度時(shí)，直接測(cè)線速例如測(cè)火車行駛速度時(shí)，直接測(cè)線速度不方便，可經(jīng)過(guò)丈量車輪的轉(zhuǎn)速，換算出度不方便，可經(jīng)過(guò)丈量車輪的轉(zhuǎn)速，換算出火車的行駛速度火車的行駛速度 3 3利用物理參數(shù)測(cè)速法利用物理參數(shù)測(cè)速法( (速度傳感器法速度傳感器法) ) 利用各種速度傳感器丈量與速度大小利用各種速度傳感

33、器丈量與速度大小有確定關(guān)系的各種物理量來(lái)間接丈量物體的有確定關(guān)系的各種物理量來(lái)間接丈量物體的運(yùn)動(dòng)速度，將速度信號(hào)變換為電、光等易測(cè)運(yùn)動(dòng)速度，將速度信號(hào)變換為電、光等易測(cè)信號(hào)。這是最常用的一種方法。信號(hào)。這是最常用的一種方法。 可利用物理效應(yīng)很多，如電磁感應(yīng)原可利用物理效應(yīng)很多，如電磁感應(yīng)原理、多普勒效應(yīng)、流膂力學(xué)、聲學(xué)定律等等。理、多普勒效應(yīng)、流膂力學(xué)、聲學(xué)定律等等。4 4時(shí)間、位移計(jì)算測(cè)速法時(shí)間、位移計(jì)算測(cè)速法 這種方法是根據(jù)速度的定義丈量速度，這種方法是根據(jù)速度的定義丈量速度，即丈量物體經(jīng)過(guò)的間隔即丈量物體經(jīng)過(guò)的間隔L L和經(jīng)過(guò)該間隔所需和經(jīng)過(guò)該間隔所需的時(shí)間的時(shí)間t t，來(lái)求得物體運(yùn)動(dòng)的

34、平均速度。，來(lái)求得物體運(yùn)動(dòng)的平均速度。L L越越小，那么求得的速度越接近運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)小，那么求得的速度越接近運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度。速度。 根據(jù)這種丈量原理，在確定的間隔內(nèi)根據(jù)這種丈量原理，在確定的間隔內(nèi)利用各種數(shù)學(xué)方法和相應(yīng)器件可延伸出許多利用各種數(shù)學(xué)方法和相應(yīng)器件可延伸出許多測(cè)速方法，如相關(guān)測(cè)速法、空間濾波器測(cè)速測(cè)速方法，如相關(guān)測(cè)速法、空間濾波器測(cè)速法等等。法等等。1. 1. 磁電感應(yīng)式測(cè)速磁電感應(yīng)式測(cè)速 原理：導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生原理：導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)

35、圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān) 一種用于丈量線速度的恒磁通動(dòng)圈式磁電感應(yīng)式傳感器構(gòu)造原理圖如圖5-29，由永久磁鐵、線圈、彈簧、金屬骨架等組成。 E=NBLV 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與線圈相對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度V成正比，所以這種傳感器能直接丈量速度 2. 2. 空間濾波器測(cè)速空間濾波器測(cè)速空間濾波技術(shù)是對(duì)物體的挪動(dòng)進(jìn)展非接觸延續(xù)丈量以探知其長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)速度的有效手段之一。空間濾波器測(cè)速原理如圖5-30所示。 v=f / M 呼應(yīng)速度很快，可以用來(lái)檢測(cè)傳送帶、鋼板、車輛等的運(yùn)動(dòng)速度，檢測(cè)范圍為1.5250 km/h， 丈量精度可達(dá)0.2% 3. 3. 彈丸飛行速度丈量彈丸飛行速度丈量常用時(shí)間位移計(jì)算測(cè)速法，丈量原理如圖5-31

36、所示 v=L/t 產(chǎn)生測(cè)時(shí)脈沖信號(hào)的區(qū)截安裝 ：接觸型 非接觸型 對(duì)于大口徑武器，那么可以采用光電靶和天幕靶等區(qū)截安裝對(duì)于大口徑武器，那么可以采用光電靶和天幕靶等區(qū)截安裝來(lái)丈量彈丸速度。來(lái)丈量彈丸速度。 如圖如圖轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法很多，按照輸出信號(hào)的特點(diǎn)可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。 1. 1. 模擬式轉(zhuǎn)速丈量?jī)x表模擬式轉(zhuǎn)速丈量?jī)x表 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理如圖5-37所示 定子產(chǎn)生恒定磁通0，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中即產(chǎn)生交變的電勢(shì)，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的直流電勢(shì)： 當(dāng)Ce、0、r及RL都不變時(shí)，輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系。對(duì)于不同的負(fù)載電阻RL，輸出電壓不同，負(fù)載

37、電阻越小，輸出電壓也越小。 輸出斜率大、線性好，但由于有電刷和換向器，因此構(gòu)造復(fù)雜，維護(hù)不便，摩擦轉(zhuǎn)距大，有換向火花，輸出特性不穩(wěn)定。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)nRrCULe/100離心式轉(zhuǎn)速表離心式轉(zhuǎn)速表離心式轉(zhuǎn)速表由轉(zhuǎn)動(dòng)軸、重錘、彈簧、連桿、套筒以及轉(zhuǎn)速指示機(jī)構(gòu)等組成 ，其構(gòu)造與任務(wù)原理如圖5-38所示 測(cè)速原理測(cè)速原理慣性較大，不適宜丈量快速變化的轉(zhuǎn)速，丈量精度也遭到多力面的限制，普通在1%2%。特點(diǎn)特點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單、本錢低，可靠、耐用、不怕沖擊振動(dòng)，無(wú)需電源就可任務(wù)，丈量范圍較寬頻閃式轉(zhuǎn)速表頻閃式轉(zhuǎn)速表頻閃式轉(zhuǎn)速表利用頻閃效應(yīng)原理來(lái)丈量轉(zhuǎn)速 ，檢測(cè)的原理如圖5-39所示 丈量

38、方法丈量方法 假設(shè)知被測(cè)轉(zhuǎn)速范圍是nn，那么先將閃光頻率調(diào)到大于nn，然后從高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)標(biāo)志不動(dòng)時(shí)，此時(shí)就可以讀出被測(cè)實(shí)踐轉(zhuǎn)速； 假設(shè)無(wú)法估計(jì)被測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，那么調(diào)整閃光頻率，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的圓盤上延續(xù)出現(xiàn)兩次標(biāo)志停留景象時(shí)，分別讀出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，然后按下式計(jì)算出真實(shí)被測(cè)轉(zhuǎn)速n：2121nnnnmn2.2.數(shù)字式轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法數(shù)字式轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法 在指定的時(shí)間T內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖信號(hào)進(jìn)展計(jì)數(shù)。假設(shè)在時(shí)間T(s)內(nèi)計(jì)數(shù)值為N，轉(zhuǎn)速傳感器每周產(chǎn)生的脈沖數(shù)為Z，那么被測(cè)轉(zhuǎn)速n為：丈量原理fZZTNn6060測(cè)定傳感器脈沖信號(hào)頻率f就可求出轉(zhuǎn)速n。 磁電感應(yīng)式 電容式電容式 霍爾式光電式5)計(jì)

39、數(shù)方法計(jì)數(shù)方法根據(jù)式(5-43) 測(cè)出的脈沖信號(hào)頻率求出待測(cè)轉(zhuǎn)速的方法稱為測(cè)頻法，比較適宜于高轉(zhuǎn)速丈量。測(cè)頻法有一個(gè)字計(jì)數(shù)誤差，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)會(huì)引起較大相對(duì)誤差，故在低轉(zhuǎn)速時(shí)，脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)方法應(yīng)改用測(cè)周期法。測(cè)周期法的原理見圖(5-44) 轉(zhuǎn)速(r/min)為 ：mZfn060 5.1 位移檢測(cè) 5.2 速度檢測(cè) 5.3 加速度檢測(cè) 5.4 機(jī)械振動(dòng)丈量 加速度丈量是基于測(cè)試儀器檢測(cè)質(zhì)量敏感加速度產(chǎn)生慣性力的丈量，是一種全自主的慣性丈量。 加速度的計(jì)量單位為m/s2(米/秒2) 。在工程運(yùn)用中常用重力加速度g=9.81m/s2作計(jì)量單位。加速度丈量的原理是基于對(duì)質(zhì)量塊感受加速度時(shí)所產(chǎn)生的慣性力

40、的丈量。丈量時(shí)采用絕對(duì)法，把丈量安裝安裝在運(yùn)動(dòng)體上進(jìn)展丈量。丈量加速度的安裝基構(gòu)造如圖5-41 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程： 022kydtdycdtxdm有位移關(guān)系 x = y+z,假設(shè)令 ；那么有： mkn/kmc 2222222dtzdydtdydtydnn測(cè)出位移y，或者測(cè)出質(zhì)量塊作用在彈簧上的慣性力就可以測(cè)出被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的加速度。 1. 1. 霍爾加速度傳感器霍爾加速度傳感器 霍爾式加速度傳感器的丈量原理與構(gòu)造如圖5-46 所示：傳感器固定在被測(cè)對(duì)象上并與其一同作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊感遭到加速度而產(chǎn)生與之成比例的慣性力，使懸臂梁發(fā)生彎曲變形，其自在端的霍爾元件H就產(chǎn)生與加速度成比例的位移，輸出

41、與加速度成比例的霍爾電勢(shì)UH，從UH與加速度的關(guān)系曲線上可求得加速度。 2. 2. 電位器式加速度傳感器電位器式加速度傳感器 電位器式加速度傳感器的丈量原理與構(gòu)造如圖5-47 所示：傳感器殼體與被測(cè)對(duì)象一同作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)殼體的有位移產(chǎn)生并帶動(dòng)電刷在滑動(dòng)電阻元件上挪動(dòng)。電阻值的變化可以由相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，從而可以測(cè)出加速度。 應(yīng)變式加速度傳感器的丈量原理與構(gòu)造如圖5-48 ：由敏感質(zhì)量塊感受加速度a而產(chǎn)生與之成正比的慣性力Fma，再經(jīng)過(guò)彈性元件把慣性力轉(zhuǎn)變成應(yīng)變、應(yīng)力，或經(jīng)過(guò)壓電元件把慣性力轉(zhuǎn)變成電荷量，從而間接測(cè)出加速度。丈量原理丈量原理微機(jī)電系統(tǒng)加速度計(jì)通常是指利用微電子

42、加工手微機(jī)電系統(tǒng)加速度計(jì)通常是指利用微電子加工手段加工制造并和微電子丈量線路集成在一同的加段加工制造并和微電子丈量線路集成在一同的加速度計(jì)，這種加速度計(jì)常用硅資料制造，故又名速度計(jì)，這種加速度計(jì)常用硅資料制造，故又名硅微型加速度計(jì)。硅微型加速度計(jì)。硅微型加速度計(jì)型式多種多樣。按檢測(cè)質(zhì)量支承方式分有懸臂梁支承、簡(jiǎn)支梁支承、方波梁支承、折疊梁支承和撓性軸支承等；按檢測(cè)信號(hào)拾取方式分，有電容檢測(cè)、電感檢測(cè)、隧道電流檢測(cè)和頻率檢測(cè)等型式丈量范圍零偏穩(wěn)定性分辨力特 點(diǎn)扭擺式1g105g10-4g10g10-4g2g扭桿支承，力反響控制、電容檢測(cè)、耐沖擊懸臂梁式0.1g50g10-3g10-6g10-3g

43、懸臂梁支承，三明治構(gòu)造，靈敏度較高叉指式5g50g10-3g10-3g利用梳齒電容變化進(jìn)展檢測(cè)，制造容易隧道電流式-20g10g 810-3g利用隧道電流變化進(jìn)展檢測(cè)，靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大硅振梁式10120g10-6510-6g31010-6g/利用硅振梁諧振頻率變化進(jìn)展檢測(cè)，電路簡(jiǎn)單，精度高，構(gòu)造較復(fù)雜。幾種硅微加速度計(jì)的性能及特點(diǎn)幾種硅微加速度計(jì)的性能及特點(diǎn)一種叉指式硅微型加速度計(jì)的構(gòu)造 一種叉指式微型加速度計(jì)產(chǎn)品 ADXL50 5.1 位移檢測(cè) 5.2 速度檢測(cè) 5.3 加速度檢測(cè) 5.4 機(jī)械振動(dòng)丈量 物體或物體的一部分沿直線或曲線在平衡位置附近所作的周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)測(cè)

44、試的目的 1.檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)特性，以檢驗(yàn)產(chǎn)質(zhì)量量；2.測(cè)定機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)呼應(yīng)特性，以便確定機(jī)器設(shè)備接受振動(dòng)和沖擊的才干，并為產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)提供根據(jù)；3.分析振動(dòng)產(chǎn)生的緣由，尋覓振源，以便有效地采取減振和隔振措施；4.對(duì)運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器進(jìn)展缺點(diǎn)監(jiān)控，以防止艱苦事故。丈量的兩種方式 1.1.振動(dòng)信號(hào)分類振動(dòng)信號(hào)分類分 類 名 稱 主要特征與說(shuō)明 按系統(tǒng)的自由度分 單自由度系統(tǒng)振動(dòng) 用一個(gè)獨(dú)立變量就能表示系統(tǒng)振動(dòng) 多自由度系統(tǒng)振動(dòng) 須用多個(gè)獨(dú)立變量表示系統(tǒng)振動(dòng) 連續(xù)彈性體振動(dòng) 須用無(wú)限多個(gè)獨(dú)立變量表示系統(tǒng)振動(dòng) 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分 線性振動(dòng) 可以用常系數(shù)線性微分方程來(lái)描述，系統(tǒng)的慣性力、阻尼力和

45、彈性力分別與振動(dòng)加速度、速度和位移成正比 非線性振動(dòng) 要用非線性微分方程來(lái)描述，即微分方程中出現(xiàn)非線性項(xiàng) 分 類 名 稱 主要特征與說(shuō)明 按振動(dòng)產(chǎn)生的原因分 自由振動(dòng) 系統(tǒng)受初始干擾或外部激振力取消后，系統(tǒng)本身由彈性恢復(fù)力和慣性力來(lái)維持的振動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)阻尼時(shí)，振動(dòng)頻率為系統(tǒng)的固有頻率；當(dāng)系統(tǒng)存在阻尼時(shí)，其振動(dòng)幅度將逐漸減弱 受迫振動(dòng) 由于外界持續(xù)干擾引起和維持的振動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)的振動(dòng)頻率為激振頻率 自激振動(dòng) 系統(tǒng)在輸入和輸出之間具有反饋特性時(shí)，在一定條件下，沒有外部激振力而由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)，其振動(dòng)頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率 按振動(dòng)的規(guī)律分 簡(jiǎn)諧振動(dòng) 振動(dòng)量為時(shí)

46、間的正弦或余弦函數(shù)，為最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械振動(dòng)形式。其他復(fù)雜的振動(dòng)都可以看成許多或無(wú)窮個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 周期振動(dòng) 振動(dòng)量為時(shí)間的周期性函數(shù)，可展開為一系列的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加 瞬態(tài)振動(dòng) 振動(dòng)量為時(shí)間的非周期函數(shù)，一般在較短的時(shí)間內(nèi)存在 隨機(jī)振動(dòng) 振動(dòng)量不是時(shí)間的確定函數(shù)，只能用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究 2. 振動(dòng)測(cè)試的根本參數(shù)振動(dòng)三要素 幅值 頻率 相位 簡(jiǎn)諧振動(dòng) y(t)=Asin(t+) 合理選擇丈量參數(shù) 3.單自在度系統(tǒng)的受迫振動(dòng) 單自在度線性系統(tǒng)是最根本的振動(dòng)模型，它僅用一個(gè)位移坐標(biāo)即一個(gè)自在度來(lái)描畫系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，因此系統(tǒng)可由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成。為正確了解和掌握振動(dòng)測(cè)試傳感器的任務(wù)原理，討

47、論單自在度系統(tǒng)在兩種不同鼓勵(lì)下的呼應(yīng)。質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)如圖5-51所示 質(zhì)量塊m的運(yùn)動(dòng)微分方程為： )()()()(22tftkxdttdxcdttxdm頻率呼應(yīng)H()為： )(2)(1 /122nnjkH幅頻特性A()和相頻特性()分別為：222)2()(1 /1)(nnkA)/(1/2arctan)(2nn通常把振動(dòng)幅頻特性曲線A()上幅值最大處的頻率r稱為位移共振頻率，可求得位移共振頻率：221nr由根底運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)由根底運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)慣性式拾振器的力學(xué)模型如圖5-52質(zhì)量塊m的運(yùn)動(dòng)方程為：0)()(22zxkdtzxdcdtxdm令 y(t)=

48、x(t)-z(t)，為質(zhì)量塊m 對(duì)根底的相對(duì)位移，那么 2222dtzdmkydtdycdtydm系統(tǒng)頻率呼應(yīng)函數(shù) H()、幅頻特性A()、相頻特性()分別為： )(2)(1)/(22nnnjH2222)2()(1 )/()(nnnA)/(1/2arctan)(2nn根底激振時(shí)質(zhì)量塊相對(duì)根底位移的幅頻和相頻特性曲線如圖5-534. 4. 機(jī)械阻抗的概念機(jī)械阻抗的概念 機(jī)械阻抗是在機(jī)械構(gòu)造的動(dòng)力分析中被廣泛運(yùn)用的一種實(shí)際分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析方法。 機(jī)械阻抗與機(jī)械導(dǎo)納的普通定義為：機(jī)械阻抗)()(RF響應(yīng)激勵(lì) Z= 機(jī)械導(dǎo)納)()(RF激勵(lì)響應(yīng)Z1 (M) = = 1. 1. 振動(dòng)丈量方

49、法振動(dòng)丈量方法 稱號(hào)原理優(yōu)缺陷及運(yùn)用電測(cè)法將被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電量測(cè)試儀器進(jìn)展丈量靈敏度高，頻率范圍及動(dòng)態(tài)、線性范圍寬，便于分析和遙測(cè)，但易受電磁場(chǎng)干擾。是目前最廣泛采用的方法機(jī)械法利用杠桿原理將振動(dòng)量放大后直接記錄下來(lái)抗干擾才干強(qiáng)，頻率范圍及動(dòng)態(tài)、線性范圍窄、測(cè)試時(shí)會(huì)給工件加上一定的負(fù)荷，影響測(cè)試結(jié)果，用于低頻大振幅振動(dòng)及扭振的丈量光學(xué)法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理，激光多普勒效應(yīng)等進(jìn)展丈量不受電磁場(chǎng)干擾，丈量精度高，適于對(duì)質(zhì)量小及不易安裝傳感器的試件作非接觸丈量。在精細(xì)丈量和傳感器、測(cè)振儀標(biāo)定中用得較多2. 2. 電測(cè)法振動(dòng)丈量系統(tǒng)電測(cè)法振動(dòng)丈量系統(tǒng)電測(cè)法測(cè)振系統(tǒng)的普通組成框圖如圖5-54所示3. 3. 測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器