第12章机械量检测技术-PowerPointPrese

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章,机,机械量检,测,测技术,概述,机械运动,是,是各种复,杂,杂运动的,基,基本形式,，,，,机械量是,表,表征机械,运,运动特性,的,的参量,，包括长,度,度、位移,、,、速度、,加,加速度、,力,力、转矩,以,以及振动,与,与噪声等,等,等。,机械量的,测量方法,，按检测,原,原理分有,机械式、,光,光学式和,电,电子电气,式,式,等几种。,机,机械式方,法,法应用最,早,早，且成,本,本低廉；,光,光学式方,法,法十分精,密,密；电测,方,方法在工,业,业生产过,程,程中应用,最,最为广泛,。,。,12.1,位,位移,检,检测,12.2,速,速度,检,检测,12.3加速度检,测,测,12.4,力,力和转矩检测,12.5,机,机械,振,振动测量,12.6,噪,噪声,检,检测,12.1,位,位移检,测,测,位移,是向量，,是,是指物体,或,或其某一,部,部分的位,置,置相对参,考,考点在一,定,定方向上,产,产生的位,置,置变化量,。,。,因此位移,的,的度量除,要,要确定其,大小,外，还要,确,确定其,方向,。,12.1.1 位,移,移检测方,法,法,位移的检,测,测包括,线位移,和,角位移,的测量,位移测量,包,包括了长,度,度、厚度,、,、高度、,距,距离、镀,层,层厚度、,表,表面粗糙,度,度、角度,等,等,常,用,用,位,位,移,移,测,测,量,量,方,方,法,法,如,如,下,下,：,：,（1）测量,速,速度积分法,（2）回波,法,法,（3）线位,移,移和角位移,转,转换法,（4）物理,参,参数法,（1）测量,速,速度积分法,测量运动体,的,的速度或加,速,速度，经过,积,积分或二次,积,积分求得运,动,动体的位移,。,。,例如在惯性,导,导航中，就,是,是通过测量,载,载体的加速,度,度，经过二,次,次积分而求,得,得载体的位,移,移。,12.1.1 位移检,测,测方法,（2）回波,法,法,从测量起始,点,点到被测面,是,是一种介质,，,，被测面以,后,后是另一种,介,介质，利用,介,介质分界面,对,对波的反射,原,原理测位移,。,。,例如激光测,距,距仪、超声,波,波液位计都,是,是利用分界,面,面对激光、,超,超声波的反,射,射测量位移,的,的。相关测,距,距则是利用,相,相关函数的,时,时延性质，,将,将向某被测,物,物发射信号,与,与经被测物,反,反射的返回,信,信号作相关,处,处理，求得,时,时延,，从,而,而推,算,算出,发,发射,点,点与,被,被测,物,物之,间,间的,距,距离,。,。,12.1.1,位,位,移,移检,测,测方,法,法,（3,）,）线,位,位移,和,和角,位,位移,转,转换,法,法,被测,量,量是,线,线位,移,移时,，,，若,测,测量,角,角位,移,移更,方,方便,，,，则,可,可用,间,间接,测,测量,方,方法,，,，通,过,过测,角,角位,移,移再,换,换算,成,成线,位,位移,。,。,同样,，,，被,测,测量,是,是角,位,位移,时,时，,也,也可,先,先测,线,线位,移,移再,进,进行,转,转换,。,。,例如,汽,汽车,的,的里,程,程表,，,，是,通,通过,测,测量,车,车轮,转,转数,再,再乘,以,以周,长,长而,得,得到,汽,汽车,的,的里,程,程的,。,。,12.1.1,位,位,移,移检,测,测方,法,法,（4,）,）物,理,理参,数,数法,利用,各,各种,位,位移,检,检测,装,装置,，,，将,被,被测,位,位移,的,的变,化,化转,换,换成,电,电、,光,光、,磁,磁等,物,物理,量,量的,变,变化,来,来测,量,量，,这是,应,应用,最,最广,泛,泛的,一,一种,方,方法,。,。可,利,利用,的,的检,测,测转,换,换原,理,理很,多,多，,根,根据,检,检测,装,装置,信,信号,输,输出,形,形式,，,，有,模,模拟,和,和数,字,字式,两,两大,类,类。,图,图12-1所,示,示为,位,位移,检,检测,装,装置,原,原理,与,与类,型,型。,12.1.1 位,移,移检测方,法,法,要根据被,测,测对象的,具,具体情况,和,和测量要,求,求，充分,利,利用被测,对,对象所在,场,场合和具,备,备的条件,来,来设计、,选,选择测量,方,方法。,12.1.1 位,移,移检测方,法,法,12.1.2 线,位,位移检测,位移的传,感,感器种类,繁,繁多，可,根,根据位移,检,检测范围,变,变化的大,小,小选用。,下,下面介,绍,绍几种线,位,位移传感,器,器。,电位器式位移传感器,1,光栅式位移检测装置,2,感应同步器,3,激光距离检测,4,1.电,位,位器式,位,位移传,感,感器,测量原,理,理,图12-2(b)中,，,，测量,轴,轴与内,部,部电位,器,器电刷,相,相连，,当,当其与,被,被测物,相,相接触,，,，有位,移,移输入,时,时，测,量,量轴便,沿,沿导轨,移,移动，,同,同时带,动,动电刷,在,在滑线,电,电阻上,移,移动，,因,因电刷,的,的位置,变,变化会,有,有电阻,变,变化，,由,由电路,转,转换成,电,电压输,出,出，就,可,可以判,断,断位移,的,的大小,。,。如要,求,求同时,测,测出位,移,移的大,小,小和方,向,向。可,将,将图中,的,的精密,无,无感电,阻,阻和滑,线,线电阻,组,组成桥,式,式测量,电,电路。,在,A、C,两端接,上,上激励,电,电压,U,i,，则当,电,电刷在,输,输入位,移,移驱动,下,下移动,时,时，,B、C,两端就,会,会有电,压,压输出,U,o,。设电,位,位器为,线,线性，,长,长度为,l,，总电,阻,阻为,R,，电刷,位,位移为,x,，相应,电,电阻为,R,x,，负载,电,电阻为,R,L,，根据,电,电路分,压,压原理,，,，电路,的,的输出,电,电压为,：,：,电位器,式,式位移,传,传感器,测,测量,原理与,电,电路模,型,型,若负载,电,电阻为,R,L,，,则,则有：,1.电,位,位器式,位,位移传,感,感器,电位器,式,式位移,传,传感器,的,的优缺,点,点,1.电位器,式,式位移传感,器,器,优点,缺点,结构简单,价,价格低廉, 性能稳,定,定, 对环,境,境条件要求,不,不高, 输,出,出信号大，,便,便于维修。,电刷与电阻,元,元件之间存,在,在摩擦,易,易磨损，易,产,产生噪声，,分,分辨力有限, 精度不,够,够高, 要,求,求输入的能,量,量大，动态,响,响应较差，,仅,仅适于测量,变,变化较缓慢,的,的量。, 光栅位,移,移传感器结,构,构,光栅位移传,感,感器由光源,、,、光路系统,、,、光栅副(,标,标尺光栅+,指,指示光栅),和,和光敏元件,组,组成，其结,构,构如图,12-5,所示。,当被测物体,运,运动时，光,源,源发出的光,透,透过光栅缝,隙,隙形成的光,脉,脉冲被光敏,元,元件接收并,计,计数, 即,可,可实现位移,测,测量，被测,物,物体位移=,栅,栅距脉冲,数,数。,2.光栅式,位,位移检测装,置,置, 莫尔条,纹,纹,在用光栅测,量,量位移时，,由,由于刻线很,密,密，栅距很,小,小，而光敏,元,元件有一定,的,的机械尺寸,，,，故很难分,辨,辨到底移动,了,了多少个栅,距,距。实际测,量,量是利用光,栅,栅的莫尔条,纹,纹现象进行,的,的。,莫尔条纹,的,的产生, 莫尔条,纹,纹的特点,a. 放大,作,作用,b. 误差,平,平均作用,c. 方向,对,对应与同步,性,性,2.光栅式,位,位移检测装,置,置,光栅位移,测,测量原理,用光敏元件,接,接收莫尔条,纹,纹移动时光,强,强的变化并,转,转换为电信,号,号输出。光,敏,敏元件接收,的,的光强变化,近,近似于正弦,波,波，其输出,电,电压信号的,幅,幅值,U,为,光,光,栅,栅,位,位,移,移,量,量,x,的,正,正,弦,弦,函,函,数,数,，,，,即,即,：,：,U,=,U,0,+U,m,sin(,2,x,/W,),式,中,中,U,0,输,输,出,出,信,信,号,号,中,中,的,的,直,直,流,流,分,分,量,量,；,；,U,m,输,输,出,出,信,信,号,号,中,中,正,正,弦,弦,交,交,流,流,分,分,量,量,的,的,幅,幅,值,值,；,；,x,两,两,光,光,栅,栅,间,间,的,的,相,相,对,对,位,位,移,移,将,该,该,电,电,压,压,信,信,号,号,放,放,大,大,、,、,整,整,形,形,为,为,方,方,波,波,，,，,再,再,由,由,微,微,分,分,电,电,路,路,转,转,换,换,成,成,脉,脉,冲,冲,信,信,号,号,，,，,经,经,过,过,辨,辨,向,向,电,电,路,路,后,后,送,送,可,可,逆,逆,计,计,数,数,器,器,计,计,数,数,，,，,就,就,可,可,得,得,出,出,位,位,移,移,量,量,的,的,大,大,小,小,，,，,位,位,移,移,量,量,为,为,脉,脉,冲,冲,数,数,与,与,栅,栅,距,距,的,的,乘,乘,积,积,，,，,测,测,量,量,分,分,辨,辨,力,力,为,为,光,光,栅,栅,栅,栅,距,距,W,。,2.,光,光,栅,栅,式,式,位,位,移,移,检,检,测,测,装,装,置,置,光,光,栅,栅,位,位,移,移,传,传,感,感,器,器,特,特,点,点,2.,光,光,栅,栅,式,式,位,位,移,移,检,检,测,测,装,装,置,置,优,点,点,缺,点,点,测,量,量,量,量,程,程,范,范,围,围,大,大(,可,可,达,达,数,数,米,米),且,且,同,同,时,时,具,具,有,有,高,高,分,分,辨,辨,力,力(,可,可,达,达0.01,m),和,和,高,高,精,精,度,度,；,；,可,可,实,实,现,现,动,动,态,态,测,测,量,量,；,；,输,输,出,出,数,数,字,字,量,量,，,，,易,易,于,于,实,实,现,现,数,数,字,字,化,化,测,测,量,量,和,和,自,自,动,动,控,控,制,制,；,；,具,具,有,有,较,较,强,强,的,的,抗,抗,干,干,扰,扰,能,能,力,力,。,。,对,使,使,用,用,环,环,境,境,要,要,求,求,较,较,高,高,，,，,怕,怕,振,振,动,动,，,，,怕,怕,油,油,污,污,、,、,灰,灰,尘,尘,等,等,的,的,污,污,染,染,；,；,制,制,造,造,成,成,本,本,高,高,。,。,直,直,线,线,感,感,应,应,同,同,步,步,器,器,结,结,构,构,直,线,线,感,感,应,应,同,同,步,步,器,器,由,由,定,定,尺,尺,和,和,滑,滑,尺,尺,两,两,部,部,分,分,组,组,成,成,，,，,其,其,结,结,构,构,如,如,图,图12-7,所,所,示,示,3.,感,感,应,应,同,同,步,步,器,器,直,直,线,线,感,感,应,应,同,同,步,步,器,器,结,结,构,构,图12-8,是,是,直,直,线,线,感,感,应,应,同,同,步,步,器,器,绕,绕,组,组,结,结,构,构,示,示,意,意,图,图,。,。,图,图,中,中,上,上,部,部,为,为,定,定,尺,尺,绕,绕,组,组,，,，,下,下,部,部,为,为,W,型滑尺,绕,绕组。,为,为了减,小,小由于,定,定尺和,滑,滑尺工,作,作面不,平,平行或,气,气隙不,均,均匀带,来,来的误,差,差，各,正,正弦和,余,余弦绕,组,组交替,排,排列。,3.感,应,应同步,器,器,(2),直,直线,感,感应同,步,步器工,作,作原理,采用滑,尺,尺绕组,励,励磁，,从,从定尺,绕,绕组取,出,出感应,电,电势的,激,激励方,式,式。定,尺,尺绕组,中,中感应,电,电势的,波,波形图,见,见图,12-9,正弦或,余,余弦绕,组,组在定,尺,尺上产,生,生的相,应,应感应,电,电势分,别,别为：,可见：,定尺的,感,感应电,势,势取决,于,于滑尺,的,的相对,位,位移,x,，故通,过,过感应,电,电势可,测,测量位,移,移。,3.感,应,应同步,器,器,(3),感,感应,同,同步器,信,信号的,检,检测,感应同,步,步器输,出,出信号,的,的检测,方,方法：,鉴幅法,鉴相法,在滑尺,的,的正、,余,余弦绕,组,组上施,加,加频率,和,和相位,相,相同、,但,但幅值,不,不同的,正,正弦激,励,励电压,鉴幅法,介,介绍,利用函,数,数电压,发,发生器,使,使激励,电,电压的,幅,幅值满,足,足,3.感,应,应同步,器,器,感应同,步,步器的,磁,磁路系,统,统可视,为,为线性,，,，可进,行,行线性,叠,叠加，,可,可得定,尺,尺绕组,输,输出的,总,总感应,电,电势为,3.感,应,应同步,器,器,式中,kU,m,sin,(,),为感应,电,电势的,幅,幅值，,其,其值随,位,位移相,位,位角,(即位,移,移,x,)而变,化,化。若,调,调整给,定,定激励,电,电压的,相,相位角,，使输,出,出感应,电,电动势,e,的幅值,为,为,0,，则此,时,时有,(,) =0,。,由于,=,=,2,x,/W,，所以,位,位移,x,=,W,/2,，这就,是,是鉴幅,法,法测位,移,移,x,的原理,。,。,具有较,高,高的精,度,度与分,辨,辨力。,测量长,度,度范围,不,不受限,制,制。,抗干扰,能,能力强,。,。,使用寿,命,命长，,维,维护简,单,单。,工艺性,好,好，成,本,本较低,，,，便于,复,复制和,成,成批生,产,产。,输出信,号,号较弱,，,，需要,高,高放大,倍,倍数的,前,前置放,大,大器。,(4),感,感应,同,同步器,的,的特点,3.感,应,应同步,器,器,激光测,距,距的原,理,理：,利用激,光,光器向,目,目标发,射,射单次,激,激光脉,冲,冲或脉,冲,冲串，,光,光脉冲,从,从目标,反,反射后,被,被接收,，,，通过,测,测量激,光,光脉冲,在,在待测,距,距离上,往,往返传,播,播的时,间,间，计,算,算出待,测,测距离,。,。,换算公,式,式为：,式中，,L,待测,距,距离；,c,光速,，,，,t,光波,往,往返传,输,输时间,。,。,测量传,输,输时间,t,，有,脉冲式,(直接,测,测定时,间,间)和,相位式,(间接,测,测定时,间,间)两,种,种方法,。,。,4.激,光,光距离,检,检测, 脉,冲,冲式激,光,光测距,工作原,理,理如图,12-10,所示,激光脉,冲,冲到目,标,标的往,返,返传输,时,时间,测得,t,即可计,算,算出被,测,测距离,（2）,相,相位式,激,激光测,距,距,用相位,延,延迟测,量,量的间,接,接方法,测,测定光,在,在待测,距,距离上,往,往返传,播,播所需,的,的时间,，,，相位,式,式激光,测,测距方,法,法的原,理,理如图,12-11,所示,激光脉,冲,冲往返,传,传输时,间,间为：,又,则待测,距,距离,L,为：,式中，,=c/,f,；,N,= ,/2,，0,N,1。,（2）,相,相位式,激,激光测,距,距,相位法,测,测距就,像,像用尺,量,量距离,，,，测尺,长,长度为,/2，,N,为整尺,长,长，,N,为不足,整,整尺的,零,零数。,但,但是，,任,任何测,量,量交变,信,信号相,位,位移的,方,方法都,不,不能确,定,定出相,位,位移的,整,整周期,数,数,N,，而只,能,能测定,其,其中不,足,足,2,的,。所以,，,，当距,离,离,L,大于测,尺,尺长,/2,时，是,无,无法测,定,定距离,的,的。如,果,果测尺,长,长度,/2,大于待,测,测距离,L,，N0,，故：,测出相,位,位差,就能够,测,测出距,离,离。,如果被,测,测距离,较,较长，,则,则可选,择,择较低,的,的调制,频,频率,f,，使相,应,应的测,尺,尺长度,大,大于待,测,测距离,，,，这样,就,就可保,证,证距离,测,测量的,确,确定性,。,。但是,由,由于测,相,相系统,精,精度有,限,限，过,大,大的测,尺,尺长度,会,会导致,距,距离测,量,量的误,差,差增大,。,。,扩展阅,读,读,KTC,线,线性位,移,移传感,器,器（江门,市,市安泰,电,电子有,限,限公司,产,产品）,KTC,拉杆,系,系列,传,传感,器,器用,于,于对,位,位移,或,或者,长,长度,进,进行,精,精确,测,测量,。,。量,程,程长,达,达,1250mm,，线,性,性度,0.05%,（型,号,号大,于,于,350mm,），,重,重复,精,精度,0.01mm,。典,型,型应,用,用于,注,注塑,机,机、,压,压铸,机,机、,橡,橡胶,机,机、,鞋,鞋机,、,、EVA,注,注射,机,机、,木,木工,机,机械,、,、液,压,压机,械,械等,。,。,类,型,型,：,：,位移,传,传感,器,器,量,程,程,：,：,075,425mm0,450,1250mm,精,确,确,度,度：,0.05%,电,阻,阻,：,：,50%K,50%,200%K,供电,电,电源,：,：,10A,工作,温,温度,：,：,-60150,最大,工,工作,速,速度,：,：,10m/s,特,点,点,：,：,KTC,是一,般,般通,用,用型,，,，适,合,合各,类,类型,设,设备,的,的位,置,置检,测,测,典型,应,应用,：,：,注塑,机,机、,压,压铸,机,机、,橡,橡胶,机,机、,鞋,鞋机,、,、EVA,注,注射,机,机、,木,木工,机,机械,、,、液,压,压机,械,械等,技术,指,指标,扩展,阅,阅读,12.1.3,角,角,位,位移,检,检测,许多,测,测量,线,线性,位,位移,的,的检,测,测装,置,置，,只,只要,在,在结,构,构上,做,做适,当,当变,动,动，,就,就可,以,以用,于,于角,位,位移,的,的测,量,量。,图,12-12,是一,种,种测,量,量角,位,位移,的,的旋,转,转电,容,容传,感,感器,；,；图,12-13,中的,(a)和(b),是两种差,动,动旋转电,容,容传感器,；,；,图,12-14,是一种变,气,气隙式电,感,感角位移,传,传感器；,图,图,12-15,是一种测,量,量角位移,的,的旋转电,位,位器；图,12-16,是圆感应,同,同步器。,12.1.3 角,位,位移检测,几种常用,的,的角位移,传,传感器,1. 旋,转,转变压器,2微动,同,同步器式,角,角位移传,感,感器,3. 数,字,字式角编,码,码器,12.1.3 角,位,位移检测,旋转变压,器,器是一种,基,基于,电磁感应,原,原理工作,的,的,精密角度,位,位置检测,装,装置,，又称分,解,解器，它将机械转,角,角变换成,与,与该转角,呈,呈某一函,数,数关系的,电,电信号。,结构类型,旋转变压,器,器由定子,和,和转子组,成,成，定子,绕,绕组为变,压,压器的原,边,边，转子,绕,绕组为变,压,压器的副,边,边。交流,激,激磁电压,接,接到定子,绕,绕组上，,感,感应电动,势,势由转子,绕,绕组输出,。,。图,12-17,为二极旋,转,转变压器,绕,绕组结构,。,。,1.旋转,变,变压器,工作原,理,理,互感原理,工,工作,设加在定,子,子绕组的,励,励磁电压,为,为：,U,1,=,U,m,sin,t,，,由于旋转,变,变压器在,结,结构上保,证,证了定子,和,和转子间,气,气隙内的,磁,磁通分布,呈,呈正(余)弦规律,，,，所以转,子,子绕组产,生,生的感应,电,电势为：,式中，,U,m,励磁电压,幅,幅值；,k,变压比(,即,即转、定子,绕,绕组匝数比)；,励磁电压,圆,圆频率；,转子转角,。,。,1.旋转变,压,压器,可见：转子输出电,压,压大小取决,于,于定子和转,子,子两绕组轴,线,线的空间相,互,互位置，两,者,者垂直时,=0，,U,3,为零；两者,平,平行时,=90,，,U,3,最大。图,12-18,为转子转角,与,与转子绕组,感,感应电势的,对,对应关系。,1.旋转变,压,压器,测量方式,鉴相式,转子绕组中,的,的感应电压,为,为：,可知感应电,压,压的相位角,就,就等于转子,的,的机械转角,。因此只要,检,检测出转子,输,输出电压的,相,相位角，就,知,知道了转子,的,的转角。,1.旋转变,压,压器,鉴幅式,转子绕组中,的,的感应电压,为,为：,1.旋转变,压,压器,若已知励磁,电,电压的相位,角,角,，则只需测,出,出转子感应,电,电压,U,的幅值,kU,m,cos(,-,),，便可间接,求,求出转子与,定,定子的相对,位,位置,；若不断调,整,整励磁电压,的,的相位角,，使幅值,U,的幅值,kU,m,cos(,-,),为,0,，跟踪,的变化，即,可,可由,求得角位移,。,微动同步器,结,结构原理如,图,图,12-19,微动同步器,定,定子绕组的,接,接线方式如,图,图,12-20,由四极定子,和,和两极转子,组,组成。定子,的,的每个极上,有,有两个绕组,，,，将各极中,的,的一个绕组,串,串联，组成,初,初级励磁回,路,路；将各极,中,中的另一个,绕,绕组串联，,组,组成次级感,应,应回路。,2.微动同,步,步式角位移,传,传感器,按图5-25所示的绕,组,组接线方式,，,，次级绕组,总,总感应输出,电,电压为：,转子转到如,图,图,5-24,所示的对称,于,于定子的位,置,置时，定子,和,和转子之间,的,的四个气隙,几,几何形状完,全,全相同，各,极,极的磁通相,等,等，使I、III极上,的,的感应电压,与,与II、IV级上的感,应,应电压相等,，,，总输出电,压,压为零。,若转子偏离,零,零位一个角,度,度，则四个,气,气隙不再相,同,同，造成各,极,极磁通的变,化,化量不同，,其,其中一对磁,级,级的磁通量,减,减小，另一,对,对磁级的磁,通,通量增加。,这,这样，次级,就,就有一个正,比,比于转子角,位,位移的电压,输,输出。,微动同步器,的,的灵敏度大约为每度,0.25V,，测量范围,约,约,540,，线性度优于,0.1,。,2.微动同,步,步式角位移,传,传感器,角编码器在,结,结构上主要,由,由,可旋转的码,盘,盘,和,信号检测装,置,置,组成。,按码盘刻度,方,方法及信号,输,输出形式分,类,类：,增量式,绝对式,混合式,增量式编码,器,器的输出是,一,一系列脉冲,，,，用一个计,数,数装置对脉,冲,冲进行加或,减,减计数，再,配,配合零位基,准,准，实现角,位,位移的测量,。,。,绝对式编码,器,器的输出是,与,与转角位置,相,相对应的、,唯,唯一的数字,码,码，如果需,要,要测量角位,移,移量，则只,需,需将前后两,次,次位置的数,字,字码相减就,可,可以得到要,求,求测量的角,位,位移。,按码盘信号,的,的读取方式,分,分类,光电式,接触式,电磁式,3.数字式,角,角编码器, 光电式,绝,绝对编码器,结,结构与工作,原,原理,光电式绝对,编,编码器的码,盘,盘如图,12-21,所示,在,360,范围内可编,数,数码数为,2,4,=16,个，在圆周,内,内的每一个,角,角度方位对,应,应于不同的,编,编码 ，,只,只要根据码,盘,盘的起始和,终,终止位置,就,就可以确,定,定角位移,3.数字式,角,角编码器,光电编码结,构,构示意图如,图,图,12-22,绝对位置的,二,二进制编码,的,的产生,绝对编码器,的,的角度分辨,率,率,如何保证高,分,分辨率和测,量,量精度,标,准,准,二,二,进,进,制,制,编,编,码,码,的,的,码,码,盘,盘,的,的,缺,缺,点,点,3.,数,数,字,字,式,式,角,角,编,编,码,码,器,器,改,进,进,方,方,法,法,：,：采,用,用,二,二,进,进,制,制,循,循,环,环,码,码,盘,盘(,格,格,雷,雷,码,码,盘,盘),，,，,它,它,的,的,相,相,邻,邻,数,数,的,的,编,编,码,码,只,只,有,有,一,一,位,位,变,变,化,化,，,，,因,因,此,此,就,就,把,把,误,误,差,差,控,控,制,制,在,在,最,最,小,小,单,单,位,位,内,内,，,，,避,避,免,免,了,了,非,非,单,单,值,值,性,性,误,误,差,差,。,。,3.,数,数,字,字,式,式,角,角,编,编,码,码,器,器,光,光,电,电,式,式,绝,绝,对,对,编,编,码,码,器,器,特,特,点,点,优,点,点,：,：,直,接,接,把,把,被,被,测,测,转,转,角,角,或,或,角,角,位,位,移,移,转,转,换,换,成,成,唯,唯,一,一,对,对,应,应,的,的,代,代,码,码,，,，,无,无,需,需,记,记,忆,忆,，,，,无,无,需,需,参,参,考,考,点,点,，,，,无,无,需,需,计,计,数,数,；,；,在电源,切,切断后,位,位置信,息,息也不,会,会丢失,，,，而且,指,指示没,有,有累积,误,误差；,大大提,高,高了编,码,码器的,抗,抗干扰,能,能力和,数,数据的,可,可靠性,；,；,无磨损,，,，码盘,寿,寿命长,，,，精度,保,保持性,好,好,缺点：,结构复,杂,杂，价,格,格高，,码,码盘基,片,片为玻,璃,璃，抗,冲,冲击和,振,振动能,力,力差；,随着分,辨,辨率的,提,提高信,号,号引出,线,线较多,3.数,字,字式角,编,编码器,扩展阅,读,读,HGD-256,光电单,圈,圈绝对,编,编码器,HGD-256,型光电,式,式绝对,编,编码器,是,是集光,、,、机、,电,电技术,于,于一体,的,的数字,化,化传感,器,器，可,以,以高精,度,度测量,转,转角或,直,直线位,移,移。通,过,过光电,转,转换，,将,将输出,轴,轴的角,位,位移转,换,换成相,应,应的数,字,字量。,1、信,号,号输出,方,方式有,：,：,a,.并行,格,格雷码,输,输出,b,.485串行,信,信号输,出,出,c,.4-20mA电流,输,输出,d,. SSI同,步,步串行,信,信号输,出,出,2、根,据,据用户,要,要求可,设,设定并,控,控制测,量,量范围,的,的上、,下,下限,3、可,以,以直接,连,连接PLC或,上,上位机,4、铝,合,合金外,壳,壳，特,殊,殊表面,处,处理,特点：,12.1,位,位移检,测,测,12.2,速,速度检,测,测,12.3加速度,检,检测,12.4,力,力和转矩检,测,测,12.5,机,机械振,动,动测量,12.6,噪,噪声检,测,测,速度,：,在单,位,位时,间,间内,的,的位,移,移增,量,量,，,，矢,量,量，,有,有大,小,小，,也,也有,方,方向,物体运动,速,速度的测,量,量分两种,：,：,线速度测,量,量,旋转速度,的,的测量,12.2,速,速度检,测,测,如弹丸的,飞,飞行速度,、,、机构振,动,动速度的,测,测量，线,速,速度的计,量,量单位是,米,米/秒,(m/s),，工程上,也,也用千米/小时,(km/h),表示,如电机,轴,轴的旋,转,转速度,，,，常称,其,其为转,速,速测量,，,，单位,是,是转/,分,分,(r/min),，而在,被,被测转,速,速很小,时,时，测,量,量单位,时,时间内,物,物体转,过,过的角,度,度，称,为,为角速,度,度测量,，,，单位,是,是弧度/秒,(rad/s,),12.2.1 速度测,量,量方法,1速度测,量,量的分类,从物体,运动的形式,看，速度的,测,测量可分为,线,线速度测量,和,和角速度的,测,测量；,从速度的,参考基准,来看，可分,为,为绝对速度,测,测量和相对,速,速度测量；,从速度的,数值特征,来看，分为,平,平均速度测,量,量和瞬时速,度,度测量；,从获取物体,运动速度的,方,方式,来看，又可,分,分为直接速,度,度测量和间,接,接速度测量,。,。,2速度的,测,测量方法,12.2.1 速度测,量,量方法,微、积分测,速,速法,线速度和角,速,速度相互转,换,换测速法,利用物理参,数,数测速法(,速,速度传感器,法,法),时间、位移,计,计算测速法,（1）微、,积,积分测速法,对测得的物,体,体运动的位,移,移信号微分,可,可以得到物,体,体运动速度,，,，或对测得,的,的物体运动,的,的加速度信,号,号作时间积,分,分也可以得,到,到速度。,例如在振动,测,测量时，应,用,用加速度计,测,测得振动体,的,的振动加速,度,度信号，或,应,应用振幅计,测,测得振动体,的,的位移信号,，,，再经过电,路,路进行积分,或,或微分运算,而,而得到振动,速,速度。,12.2.1 速度测,量,量方法,（2）线速,度,度和角速度,相,相互转换测,速,速法,线速度与角,速,速度在同一,运,运动体上是,有,有固定关系,的,的，在测量,时,时可以采用,互,互换的方法,达,达到方便测,量,量的目的。,例如测火车,行,行驶速度时,，,，直接测线,速,速度不方便,，,，可通过测,量,量车轮的转,速,速，换算出,火,火车的行驶,速,速度,12.2.1 速度测,量,量方法,（3）利用,物,物理参数测,速,速法(速度,传,传感器法),利用各种速,度,度传感器测,量,量与速度大,小,小有确定关,系,系的各种物,理,理量来间接,测,测量物体的,运,运动速度，,将,将速度信号,变,变换为电、,光,光等易测信,号,号。这是最,常,常用的一种,方,方法。,可利用物理,效,效应很多，,如,如电磁感应,原,原理、多普,勒,勒效应、流,体,体力学、声,学,学定律等等,。,。,12.2.1 速度测,量,量方法,（4）时间,、,、位移计算,测,测速法,这种方法是,根,根据速度的,定,定义测量速,度,度，即测量,物,物体经过的,距,距离,L,和经过该距,离,离所需的时,间,间,t,，来求得物,体,体运动的平,均,均速度。,L,越小，则求,得,得的速度越,接,接近运动物,体,体的瞬时速,度,度。,根据这种测,量,量原理，在,确,确定的距离,内,内利用各种,数,数学方法和,相,相应器件可,延,延伸出许多,测,测速方法，,如,如相关测速,法,法、空间滤,波,波器测速法,等,等等。,12.2.1 速度测,量,量方法,3.常用速,度,度检测装置,性,性能与特点,类型,原理,测量范围,精度,特点,线速,度测,量,磁电式,工作频率,10500Hz,10%,灵敏度高，性能稳定，移动范围（115）mm，尺寸重量较大,空间滤波器,1.5200km/h,0.2%,无需两套特性完全相同的传感器,12.2.1 速度测,量,量方法,转,速,测,量,交流测速,发电机,4004000 r/min,4000r/min,),利用汽车发动机点火时，线圈高压放电，感应出脉冲信号，实现对发动机不剖体测量,12.2.2,线,线,速,速度,测,测量,霍尔,效,效应,与,与霍,尔,尔元,件,件,1,皮托,管,管测,速,速,2,空间,滤,滤波,器,器测,速,速,3,4,磁电,感,感应,式,式测,速,速,弹丸,飞,飞行,速,速度,测,测量,1.,磁,磁,电,电感,应,应式,测,测速,原理,：,：,导体,和,和磁,场,场发,生,生相,对,对运,动,动时,，,，导,体,体上,会,会产,生,生感,应,应电,动,动势,，,，,感,感应,电,电动,势,势与,磁,磁场,强,强度,、,、磁,阻,阻、,线,线圈,运,运动,速,速度,有,有关,一种,用,用于,测,测量,线,线速,度,度的,恒,恒磁,通,通动,圈,圈式,磁,磁电,感,感应,式,式传,感,感器,结,结构,原,原理,图,图如,图,图,12-14,，,由,由,永,永,久,久,磁,磁,铁,铁,、,、,线,线,圈,圈,、,、,弹,弹,簧,簧,、,、,金,金,属,属,骨,骨,架,架,等,等,组,组,成,成,。,。,E=NBLv,感,应,应,电,电,动,动,势,势,E,与,线,线,圈,圈,相,相,对,对,磁,磁,铁,铁,的,的,运,运,动,动,速,速,度,度,v,成,正,正,比,比,，,，,所,所,以,以,这,这,种,种,传,传,感,感,器,器,能,能,直,直,接,接,测,测,量,量,速,速,度,度,12.2.2,线,线,速,速,度,度,测,测,量,量,2.,皮,皮,托,托,管,管,测,测,速,速,图,12-25,为,皮,皮,托,托,管,管,结,结,构,构,和,和,工,工,作,作,原,原,理,理,：,：,测量时,，,，将皮托,管,管对准,流,流体流,动,动方向(如图,示,示)，,就,就可同,时,时测出,流,流体总,压,压力和,静,静压力,，,，并由,导,导出管,分,分别导,出,出至测,压,压装置,。,。,流体总,压,压力与,静,静压力,的,的差值,与,与流体,流,流速有,关,关，因,而,而可以,通,通过用,皮,皮托管,测,测出流,体,体差压,的,的方法,来,来测量,流,流体流,速,速。,12.2.2 线速度,测,测量,12.2.2 线速度,测,测量,设流体密度,为,为,，流速为,v,，测出的流,体,体总压力为,P,z,，静压力为,P,j,，则根据流,体,体流动的伯,努,努利方程有,：,：,由式可求出,流,流速,v,：,所以用皮,托,托管测出,差,差压,P,就可测出,流,流体流速,。,。,3. 空,间,间滤波器,测,测速,空间滤波,技,技术是对,物,物体的移,动,动进行非,接,接触连续,测,测量以探,知,知其长度,、,、运动速,度,度的有效,手,手段之一,。,。空间滤,波,波器测速,原,原理如图,12-26,所示。,v=f/,M,响应速度,很,很快，可,以,以用来检,测,测传送带,、,、钢板、,车,车辆等的,运,运动速度,，,，检测范,围,围为,1.5250km/h,， 测量,精,精度可达,0.2%,12.2.2 线,速,速度测量,4. 弹,丸,丸飞行速,度,度测量,常用时间,位,位移计算,测,测速法，,测,测量原理,如,如图,12-27,所示,v,=,L,/,t,12.2.2 线,速,速度测量,产生测时,脉,脉冲信号,的,的区截装,置,置,：,接触型,非接触型,12.2.2 线,速,速度测量,对于大口,径,径武器，,则,则可以采,用,用光电靶,和,和天幕靶,等,等区截装,置,置来测量,弹,弹丸速度,。,。 如图,12.2.2 线,速,速度测量,转速的检,测,测方法很,多,多，按照,输,输出信号,的,的特点可,分,分为模拟式和数字式两大类。,1. 模,拟,拟式转速,测,测量仪表,直流测,速,速发电机,原理如图,12-33,所示,12.2.3 转,速,速测量,定子产生,恒,恒定磁通,0,，当转子,在,在磁场中,旋,旋转时，,转,转子绕组,中,中即产生,交,交变的电,势,势，经换,向,向器和电,刷,刷转换成,与,与转速成,正,正比的直,流,流电势：,当,C,e,、,0,、,r,及,R,L,都不变时,，,，输出电,压,压,U,0,与转速,n,成线性关,系,系。对于,不,不同的负,载,载电阻,R,L,，输出电,压,压不同，,负,负载电阻,越,越小，输,出,出电压也,越,越小。,输出斜率,大,大、线性,好,好，但由,于,于有电刷,和,和换向器,，,，因而结,构,构复杂，,维,维护不便,，,，摩擦转,距,距大，有,换,换向火花,，,，输出特,性,性不稳定,。,。,直流测速,发,发电机的,特,特点,12.2.3 转,速,速测量,离心式,转,转速表,离心式转,速,速表由转,动,动轴、重,锤,锤、弹簧,、,、连杆、,套,套筒以及,转,转速指示,机,机构等组,成,成,，,其结构与,工,工作原理,如,如图,12-34,所示,测速原理,惯性较大,，,，不适合,测,测量快速,变,变化的转,速,速，测量,精,精度也受,到,到多力面,的,的限制，,一,一般在,1%2%,。,特,点,点,结,构,构,简,简,单,单,、,、,成,成,本,本,低,低,，,，,可,可,靠,靠,、,、,耐,耐,用,用,、,、,不,不,怕,怕,冲,冲,击,击,振,振,动,动,，,，,无,无,需,需,电,电,源,源,就,就,可,可,工,工,作,作,，,，,测,测,量,量,范,范,围,围,较,较,宽,宽,12.2.3,转,转,速,速,测,测,量,量,频,频,闪,闪,式,式,转,转,速,速,表,表,频,闪,闪,式,式,转,转,速,速,表,表,利,利,用,用,频,频,闪,闪,效,效,应,应,原,原,理,理,来,来,测,测,量,量,转,转,速,速,，,，,检,检,测,测,的,的,原,原,理,理,如,如,图,图,12-35,所,示,示,测,量,量,方,方,法,法,若,若,已,已,知,知,被,被,测,测,转,转,速,速,范,范,围,围,是,是,n,n,，,，,则,则,先,先,将,将,闪,闪,光,光,频,频,率,率,调,调,到,到,大,大,于,于,n,n,，,，,然,然,后,后,从,从,高,高,频,频,逐,逐,渐,渐,下,下,降,降,，,，,直,直,到,到,第,第,一,一,次,次,出,出,现,现,标,标,记,记,不,不,动,动,时,时,，,，,此,此,时,时,就,就,可,可,以,以,读,读,出,出,被,被,测,测,实,实,际,际,转,转,速,速,；,；,若,若,无,无,法,法,估,估,计,计,被,被,测,测,转,转,速,速,时,时,，,，,则,则,调,调,整,整,闪,闪,光,光,频,频,率,率,，,，,当,当,旋,旋,转,转,的,的,圆,圆,盘,盘,上,上,连,连,续,续,出,出,现,现,两,两,次,次,标,标,记,记,停,停,留,留,现,现,象,象,时,时,，,，,分,分,别,别,读,读,出,出,对,对,应,应,的,的,转,转,速,速,值,值,，,，,然,然,后,后,按,按,下,下,式,式,计,计,算,算,出,出,真,真,实,实,被,被,测,测,转,转,速,速n,：,：,12.2.3,转,转,速,速,测,测,量,量,2.,数,数,字,字,式,式,转,转,速,速,检,检,测,测,方,方,法,法,在,指,指,定,定,的,的,时,时,间,间,T,内,，,，,对,对,转,转,速,速,传,传,感,感,器,器,的,的,输,输,出,出,脉,脉,冲,冲,信,信,号,号,进,进,行,行,计,计,数,数,。,。,若,若,在,在,时,时,间,间,T(s),内,计,计,数,数,值,值,为,为,N,，,转,转,速,速,传,传,感,感,器,器,每,每,周,周,产,产,生,生,的,的,脉,脉,冲,冲,数,数,为,为,Z,，,则,则,被,被,测,测,转,转,速,速,n,为：,测量原理,测定传感器,脉,脉冲信号频,率,率,f,就可求出转,速,速,n,。,12.2.3 转速测,量,量,磁电感应,式,式,12.2.3 转速测,量,量,电,容,容式,霍,霍尔,式,式,12.2.3,转,转,速,速测,量,量,光,电,电式,12.2.3,转,转,速,速测,量,量,5),计数,方,方法,根据,式,式,(,12-36,),测出,的,的脉,冲,冲信,号,号频,率,率求,出,出待,测,测转,速,速的,方,方法,称,称为,测,测频,法,法，,比,比较,适,适合,于,于高,转,转速,测,测量,。,。测,频,频法,有,有一,个,个字,计,计数,误,误差,，,，在,转,转速,较,较低,时,时会,引,引起,较,较大,相,相对,误,误差,，,，故,在,在低,转,转速,时,时，,脉,脉冲,信,信号,的,的计,数,数方,法,法应,改,改用,测,测周,期,期法,。,。测,周,周期,法,法的,原,原理,见,见图,(12-40),转速,(r/min),为,：,12.2.3,转,转,速,速测,量,量,12.1,位,位移,检,检测,12.2,速,速度,检,检测,12.3,加,加速,度,度检,测,测,12.4,力,力和转矩,检,检测,12.5,机,机械,振,振动,测,测量,12.6,噪,噪声,检,检测,加速,度,度测,量,量是,基,基于,测,测试,仪,仪器,检,检测,质,质量,敏,敏感,加,加速,度,度产,生,生惯,性,性力,的,的测,量,量，,是,是一,种,种全,自,自主,的,的惯,性,性测,量,量。,加速,度,度的,计,计量,单,单位,为,为,m/s,2,(米/秒,2,),。,。在,工,工程,应,应用,中,中常,用,用重,力,力加,速,速度,g=9.81m/s,2,作计,量,量单,位,位。,12.3,加,加速,度,度检,测,测,12.3.1,加,加,速,速度,测,测量,原,原理,加速,度,度测,量,量的,原,原理,是,是基,于,于对,质,质量,块,块感,受,受加速度,时,时所产,生,生的惯,性,性力的,测,测量。测量,时,时采用,绝,绝对法,，,，把测,量,量装置,安,安装在,运,运动体,上,上进行,测,测量。,测,测量加,速,速度的,装,装置基,结,结构如,图,图,12-41,系统运,动,动的微,分,分方程,：,：,有位移,关,关系,x,=,y,+,z,若令,；,则有,：,测出位,移,移,y,，或者,测,测出质,量,量块作,用,用在弹,簧,簧上的,惯,惯性力,就,就可以,测,测出被,测,测运动,物,物体的,加,加速度,。,。,12.3.2,位,位移,式,式加速,度,度传感,器,器,1.,霍,霍尔加,速,速度传,感,感器,霍尔式,加,加速度,传,传感器,的,的测量,原,原理与,结,结构如,图,图,12-42,所示：,传感器,固,固定在,被,被测对,象,象上并,与,与其一,起,起作加,速,速运动,时,时，质,量,量块感,受,受到加,速,速度而,产,产生与,之,之成比,例,例的惯,性,性力，,使,使悬臂,梁,梁发生,弯,弯曲变,形,形，,其自由,端,端的霍,尔,尔元件,H,就产生,与,与加速,度,度成比,例,例的位,移,移，输,出,出与加,速,速度成,比,比例的,霍,霍尔电,势,势,U,H,，从,U,H,与加速,度,度的关,系,系曲线,上,上可求,得,得加速,度,度。,2.,电,电位器,式,式加速,度,度传感,器,器,电位器,式,式加速,度,度传感,器,器的测,量,量原理,与,与结构,如,如图,12-43,所示：,传感器,壳,壳体与,被,被测对,象,象一起,作,作加速,运,运动时,，,，质量,块,块相对,壳,壳体的,有,有位移,产,产生并,带,带动电,刷,刷在滑,动,动电阻,元,元件上,移,移动。,电阻值,的,的变化,可,可以由,相,相应电,路,路转换,为,为电压,信,信号输,出,出，从,而,而可以,测,测出加,速,速度。,12.3.2,位,位移,式,式加速,度,度传感,器,器,12.3.3,应,应变,式,式加速,度,度传感,器,器,应变式,加,加速度,传,传感器,的,的测量,原,原理与,结,结构如,图,图,12-44,：,由敏感,质,质量块,感,感受加,速,速度,a,而产生,与,与之成,正,正比的,惯,惯性力,Fma,，再通,过,过弹性,元,元件把,惯,惯性力,转,转变成,应,应变、,应,应力，,或,或通过,压,压电元,件,件把惯,性,性力转,变,变成电,荷,荷量，,从,从而间,接,接测出,加,加速度,。,。,测量原,理,理,12.3.4,微,微机,电,电系统,加,加速度,计,计,微机电,系,系统加,速,速度计,通常是,指,指利用,微,微电子,加,加工手,段,段加工,制,制作并,和,和微电,子,子测量,线,线路集,成,成在一,起,起的加,速,速度计,，,，这种,加,加速度,计,计常用,硅,硅材料,制,制作，,故,故又名,硅微型,加,加速度,计,计,。,硅微型,加,加速度,计,计型式,分,分类：,按,检测质,量,量支承,方,方式,分有悬,臂,臂梁支,承,承、简,支,支梁支,承,承、方,波,波梁支,承,承、折,叠,叠梁支,承,承和挠,性,性轴支,承,承等；,按,检测信,号,号拾取,方,方式,分，有,电,电容检,测,测、电,感,感检测,、,、隧道,电,电流检,测,测和频,率,率检测,等,等,型式,测量范围,零偏稳定性,分辨力,特 点,扭摆式,1g10,5,g,10,-4,g10g,10,-4,g2g,扭杆支承，力反馈控制、电容检测、耐冲击,悬臂梁式,0.1g,50g,10,-3,g,10,-6,g10,-3,g,悬臂梁支承，三明治结构，灵敏度较高,叉指式,5g,50g,10,-3,g,10,-3,g,利用梳齿电容变化进行检测，制作容易,隧道电流式,-20g10g,8,10,-3,g,利用隧道电流变化进行检测，灵敏度高，动态范围大,硅振梁式,10120g,10,-6,5,10,-6,g,（310）,10,-6,g/,利用硅振梁谐振频率变化进行检测，电路简单，精度高，结构较复杂。,几种硅,微,微加速,度,度计的,性,性能及,特,特点,一种叉,指,指式硅,微,微型加,速,速度计,的,的结构,一种叉,指,指式微,型,型加速,度,度计产,品,品,ADXL50,12.3.4,微,微机,电,电系统,加,加速度,计,计,12.1,位,位移检,测,测,12.2,速,速度检,测,测,12.3,加,加速度,检,检测,12.4,力,力和转,矩,矩检测,12.5,机,机械振,动,动测量,12.6,噪,噪声检,测,测,12.4 力,和,和转矩,检,检测,力是最,重,重要的,物,物理量,之,之一，,转,转矩是,各,各种工,作,作机械,传,传动轴,的,的基本,载,载荷形,式,式，各,种,种机械,运,运动的,实,实质都,是,是力和,转,转矩的,传,传递过,程,程。,力和转,矩,矩的测,量,量不仅,仅,仅在机,械,械系统,设,设计、,制,制造领,域,域具有,重,重要的,意,意义，,而,而且在,科,科学研,究,究、国,防,防和工,农,农业生,产,产中也,有,有广泛,的,的应用,需,需求,12.4.1,力,力的,检,检测,1,力的测,量,量方法,2,测力计,3,力的基,本,本概念,12.4.1,力,力的,检,检测,1.力,的,的基本,概,概念,力体现,了,了物质之,间,