第九讲位移测量及静态测量系统设计ppt课件.ppt

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1、第九讲位移测量及静态测量系统设计工程测试技术基础学习要求：1.了解位移测量分析的分类2.建立测试系统的概念3.了解静态测量仪器选用与设计位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量。位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测量——相移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。7.1概述位移的测量

2、系统1.机械测量系统利用杠杆齿轮、曲柄、膜盒等机构对所测参量进行放大、传递，用指针显示。2.光学测量系统用光电法、光的干涉法、激光多普勒效应及光导纤维等方法进行测量。这是一种非接触测量，有较高的频响和精度，可获数字量。3.电测量系统用各种传感器及配套使用的仪器测量。7.1位移传感器根据传感器的变换原理，常用的位移测量传感器类型有：电阻式、电阻应变式、电感式、电容式、霍尔元件、感应同步器、光栅、磁栅和角度编码器等位移计以及电动千分表等。表1位移传感器一览表型式测量范围准确度直线度特点电阻式滑线式变阻式1mm~300m

3、m1mm~1000mm±0.1%±0.5%±0.1%±0.5%应变式非粘贴式粘贴式半导体式±0.15%应变±0.3%应变±0.25%应变±0.1%±2%±2%±1%±20%FS电感式自感式变气隙式螺管型特大型差动变压器电涡流式同步机±0.2mm1.5mm~2mm200~300mm±0.08~75mm±2.5~250mm360°±1%±0.5%±1~3%±3%0.15~1%±0.5%<3%±0.5%型式测量范围准确度直线度特点电容式变面积式变极距式1μm~100mm1μm~3mm±0.05%±0.1%±0.1%±0.

4、5%霍尔元件±1.5mm±0.5%分辨率可达1μm专用方法感应同步器直线式旋转式计量光栅长光栅圆光栅1μm~10m360°1μm~10m360°2.5μm/250mm±0.5角秒1μm/1m±0.5角秒分辨率可达1μm分辨率可达0.1μm表1位移传感器一览表(续）7.2.1常用位移传感器1.电阻应变式位移传感器用于小位移测量（0.1μm~0.1mm）测量精度优于2%线性度0.1%~0.5%国产：YWB-10型（量程10mm)2.电感式位移传感器常用于微小位移测量，其测量范围一般为几毫米分辨率和测量精度可达0.1μm

5、~0.01μm测量范围：±0.08mm~±75mm非线性误差一般优于0.5%灵敏度：1.电压灵敏度（500~2000）mV/mm2.电流灵敏度(0.1~1）mA/mm差动变压器位移传感器差动螺线管电感传感器及测微仪线路电涡流式位移传感器电感测微仪涡流式测微仪3.电容式位移传感器非接触测量，动态响应好精度高，分辨率最高可达0.1nm，精度最高可达1nm线性好，优于0.5%电容测微仪4.光栅式传感器由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅，在玻璃(或金属)上进行刻划,可得到一系列密集刻线。光栅的刻痕密度一般为每

6、厘米10、25、50、100线。刻痕之间的距离为栅距W特点:1.精度高,长度与直线位移方面仅低于激光干涉传感器.圆分度和角位移连续测量方面,精度最高；2大量程测量兼有高分辨率,比感应同步器与磁栅式均高；3可实现动态测量,易于实现测量及数据处理的自动化；4具有较强的抗干扰能力一、计量光栅的种类利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量称为计量光栅，基材不同：金属光栅与玻璃光栅刻划形式：振幅与相位光线的走向：透射与反射用途：长光栅与圆光栅1长光栅：光栅尺，振幅与相位2圆光栅wW=0.02mm,栅线密度为50线/mm栅距角（节距

7、角）光栅测量原理（莫尔条纹的形成）标尺光栅指示光栅θw1w2B图7-39圆弧形莫尔条纹莫尔条纹的重要特性运动对应关系莫尔条纹的移动量和移动方向与两光栅的相对移动量和位移方向有严格的关系：当主光栅向右运动一个栅距W1，则莫尔条纹向下移动一个条纹间距B；当主光栅向左运动，则莫尔条纹向上移。位移放大作用由于两光栅的夹角θ很小，若光栅常数W相等，则有如下关系：误差平均效应莫尔条纹是由光栅的大量光栅共同形成，对光栅的刻划误差有平均作用，从而提高的测量精度。莫尔条纹的种类横向莫尔条纹两光栅栅距相等，栅线夹角为θ时形成的莫尔条纹

8、光闸莫尔条纹当W1=W2=W，且θ=0，当两光栅相对移动时，入射光像闸门一样时启时闭，故称光闸莫尔条纹图7-38光闸莫尔条纹a)刻线对齐b)错开W/4c)错开W/2d)错开3W/4光栅测量原理光栅测量原理光栅位移传感器的结构原理图透射式光栅传感器透射式长光栅传感器透射式圆光栅传感器反射式光栅传感器反射式长光栅传感器图为利用光栅传感器测量数控机床工作台位移量的