《非电量测试传感器》PPT课件

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1、在现代检测技术中，对于各种类型的被测量的测量，大多数都是直接或通过各种传感器、电路转换为与被测量相关的电压、电流等电学基本参量后进行监测和处理的，这样既便于对被测量的检测、处理、记录和控制，又能提高测量的精度，因此，了解和掌握这些非电量的测量方法是十分重要的。第六章非电量测量第一节长度及线位移测量一、光栅位移传感器光栅是一种新型的位移检测元件，是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装置。它的特点是测量精确度高（可达±1μm）、响应速度快、量程范围大、可进行非接触测量等。易于实现数字测量和自动控制，广

2、泛用于数控机床和精密测量中。（一）光栅的构造所谓光栅就是在透明的玻璃板上，均匀地刻出许多明暗相间的条纹，或在金属镜面上均匀地划出许多间隔相等的条纹，通常线条的间隙和宽度是相等的。光栅位移传感器的结构如图6-1所示。它主要由标尺光栅、指示光栅、光电器件和光源等组成。通常，标尺光栅和被测物体相连，随被测物体的直线位移而产生位移。一般标尺光栅和指示光栅的刻线密度是相同的，而刻线之间的距离W称为栅距，是刻线宽和两刻线之间缝宽之和。光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100、250条等计量光栅在实际应用上有透射光栅

3、和反射光栅两种；以透光的玻璃为载体的称为透射光栅，不透光的金属为载体的称为反射光栅按其作用原理又可分为幅射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号

4、。图6-1光栅位移传感器的结构原理1—标尺光栅2—指示光栅3—光电器件4—光源（二）工作原理如果把两块栅距W相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹，莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹图6-2莫尔条纹它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排

5、列，如图6-2所示。莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，它由一系列四棱形图案组成，如图中的d—d线区所示。f—f线区则是由于光栅的遮光效应形成的。莫尔条纹具有如下特点：1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。当指示光栅不动，标尺光栅向左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动；光栅每移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B，查看莫尔条纹的移动方向，即可确定主光栅的移动方向。2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距B与两光栅条纹夹角之间关系为：的单位为ra

6、d，B、W的单位为mm。所以莫尔条纹的放大倍数为可见θ越小，放大倍数越大。实际应用中，角的取值范围都很小。例如当θ=10′时，K=1/θ=1/0.029rad≈345。也就是说指示光栅与标尺光栅相对移动一个很小的W距离时，可以得到一个很大的莫尔条纹移动量B，可以用测量条纹的移动来检测光栅微小的位移，从而实现高灵敏度的位移测量。3.莫尔条纹具有平均光栅误差的作用。莫尔条纹是由一系列刻线的交点组成，它反映了形成条纹的光栅刻线的平均位置，对各栅距误差起了平均作用，减弱了光栅制造中的局部误差和短周期误差对检测精度

7、的影响。通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号,将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。提高测量分辨率的常用方法是细分，且电子细分应用较广。这样可在光栅相对移动一个栅距的位移（即电压波形在一个周期内）时，得到4个计数脉冲，将分辨率提高4倍，这就是通常说的电子4倍频细分。一、应变检测和应力计算1、线应力状态对于单向应力状态，只要将应变片沿应力方向粘贴，测出应

8、变值，即可求出应力=E式中，E—被测零件材料的弹性模量。6.3力、力矩及应力测量2、测点选择、布片和选片原则（1）测点的选择应考虑如下几个问题：1）最大应力点一般都产生在危险截面或应力集中的地方。2）如果最大应力点难以确定，或者需要了解构件应力分布的全貌，一般都在所研究的线段上比较均匀地布置5~7个测点。3）对于构件上开有孔、凹槽或截面急剧变化等一些产生应力集中的区域，测点应适当的加多，以了解其应力变化情况。4