检测技术 教学课件 作者 郑华耀 第七章　机械量的测量.pptx

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1、第七章　机械量的测量第一节　位移的测量第二节　转速的测量第三节　加速度的测量第一节　位移的测量一、概述二、电涡流式传感器三、光栅传感器一、概述表7-1　常用线位移传感器的性能及主要特点一、概述表7-2　常用角位移传感器的性能及主要特点二、电涡流式传感器(一)工作原理(二)结构及特性(三)测量电路(四)电涡流式传感器的应用二、电涡流式传感器图7-1　电涡流作用原理(一)工作原理图7-2　电涡流作用的等效电路(二)结构及特性1.高频反射式2.低频透射式1.高频反射式图7-3　高频反射式电涡流传感器结构1—线圈　2—框架　3—框架衬套4—支座　5—电缆　6—插头2.低

2、频透射式图7-4　低频透射涡流测厚原理(三)测量电路1.电桥电路2.谐振调幅电路3.谐振调频电路1.电桥电路图7-5　电桥法原理图2.谐振调幅电路图7-6　谐振调幅电路2.谐振调幅电路图7-7　谐振调幅电路特性a)谐振曲线　b)输出特性曲线2.谐振调幅电路图7-8　谐振调频电路3.谐振调频电路图7-8所示为调频电路原理图。传感器线圈接入LC振荡回路中作为电感元件使用。这是电感三点式振荡器，L与C构成谐振回路，R1是偏置电阻，C1完成正反馈。当传感器线圈与被测导体距离改变时，引起线圈电感的变化，从而改变了振荡器的频率。该频率信号由电阻R2上输出，可以用频率计直接读

3、出。(四)电涡流式传感器的应用1.位移测量2.厚度测量(四)电涡流式传感器的应用图7-9　高频反射式电涡流传感器1.位移测量图7-10　位移测量2.厚度测量图7-11　厚度测量三、光栅传感器(一)光栅的结构与原理(二)辨向原理和细分技术(一)光栅的结构与原理1.莫尔条纹2.光电转换1.莫尔条纹(1)主光栅　作标准器用，它是刻有均匀线纹的长条形的玻璃尺，刻线密度由精度的要求来定。(2)指示光栅　取信号用，它比主光栅短得多，也刻着与主光栅同样密度的线纹。(1)主光栅图7-12　光栅的莫尔条纹1—主光栅　2—指示光栅(2)指示光栅图7-13　光路系统2.光电转换图7-

4、14　光栅位移与光强、输出信号的关系a)透过的光强曲线　b)主光栅移动位置(二)辨向原理和细分技术1.辨向原理2.电子细分1.辨向原理图7-15　辨向原理2.电子细分随着对测量精度要求的提高，希望传感器有更小的分度值。因此采用内插法把莫尔条纹细分，所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一周期内，发出若干个脉冲，以减小脉冲当量(即每个脉冲所相当的位移减少到原来的1／n，从而使测量精度提高n倍)。由于细分后计数脉冲频率提高了n倍，因此又称n倍频。提高刻线数，就目前的工艺水平有相当的难度。所以，在选取合适的光栅栅距的基础上，对栅距细分(测微)，就可得到所需要的最小读数值，从而

5、提高“分辨”能力。第二节　转速的测量一、概述二、光电式传感器三、霍尔式传感器一、概述表7-3　常用的速度传感器性能与特点一、概述表7-3　常用的速度传感器性能与特点二、光电式传感器(一)光电效应及器件(二)光电器件的特性(三)光电式传感器(一)光电效应及器件1.外光电效应2.内光电效应1.外光电效应在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应原理工作的光电器件有光敏管和光电倍增管。2.内光电效应(1)光电导效应　半导体材料在光照后产生光生载流子，使半导体电导率发生变化的现象称为光电导效应。(2)光生伏特效应　光生伏特效应是光

6、照引起PN结两端产生电动势的效应。(1)光电导效应1)光敏电阻。2)光敏二极管。3)光敏晶体管。(1)光电导效应图7-16　光敏电阻的工作原理图7-17　光敏二极管和光敏晶体管原理图a)光敏二极管原理图　b)光敏晶体管原理图(2)光生伏特效应图7-18　光电池与外电路的连接方式a)开路电压输出　b)短路电流输出(二)光电器件的特性1.光照特性2.光谱特性3.响应时间4.温度特性5.伏安特性1.光照特性图7-19　光电器件的光照特性a)光敏电阻　b)光敏二极管　c)硅光电池2.光谱特性图7-20　光电器件的光谱特性a)光敏晶体管　b)光敏电阻　c)光电池3.响应时

7、间图7-21　光电器件的频率特性a)光敏电阻　b)光电池　c)硅光敏三极管4.温度特性温度变化对光电器件的灵敏度和光谱特性都有很大影响。高精度检测时有必要进行温度补偿或使它在恒温条件下工作。5.伏安特性在一定的光照下，对光电器件所加端电压与光电流之间的关系称为伏安特性。它是传感器设计时选择电参数的依据。(三)光电式传感器1.模拟式光电传感器2.开关式(脉冲式)光电传感器1.模拟式光电传感器(1)辐射式　被测物体本身是光辐射源，由它释出的光射向光电元件。(2)吸收式　被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物体对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。(3

8、)反射式　恒定光源释出的