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位移检测任务一：认识位移传感器

位移检测：位移检测是机械量检测的基础。很多机械量检测可由其演化而得到。速度：速度是位移对时间的一阶求导。加速度：加速度是位移对时间的二阶求导。长度：长度是具有零点的位移量。位移检测一般线位移检测和角位移检测。

知识目标：通过熟悉各种位移传感器,了解位移传感器检测的一般方法,掌握各种位移传感器的量程、精度等检测性能。

位移传感器定义：位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。位移传感器分类：在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

位移传感器分类：

电阻尺:将被测量转换为电阻变化是电阻传感器的基本思路电阻的原理如图2-1(a)所示。对于一般的导体,其电阻有,如电下阻公式式位。式中,R为电阻,Ω;ρ为电阻率,Ω·mm;l为导体长度,mm;S为导体截面积,mm2。

电刷滑动时,导线是一圈一圈被接入的,长度变化是不连续的,其与电刷滑动量之间呈现跃变特性,如图2-1(b)所示。这种跃变限定了变阻器的静态灵敏度,而动态灵敏度则由电刷的质量或转动惯量决定。

如图2-2所示的电阻尺,又称为导电塑料电位计或电压分配计等。电阻尺主要应用于测量位移和电阻为某种特定函数的场合。图2-2(b)所示为拉绳式电阻尺,由于绳子是柔性体,测量量程较大,甚至达到几十米,可以将其作为“能够发出信号的钢卷尺”。

为了扩大电阻尺的应用范围,出现了其他形式的电阻尺,如图2-3所示。图2-3(a)所示是圆环式电阻尺,当接触指针旋转时,A、B之间形成一个可变电阻,对应于指针的旋转角度,这种方法可以测量角位移。如果采用柔性的导电塑料卷制成圆形,也可通过测量电阻值的大小反映角度,这种方法的精度随圆形半径增大而无限增加,所以,也可作为特定场合下(如大型转台测量)角度的检测方案。图2-3(b)所示为一种非线性电阻尺,一般采用定制形式,主要应用于位移和电阻为某种特定函数的场合。

感应同步器:感应同步器是一种将直线位移或转角位移转化成电信号的传感器。按其运动方式和结构形式的不同，可分为圆盘式(或称旋转式)和直线式两种，前者用来检测角位移，后者用来检测直线位移。图2-5所示为感应同步器在机床定位中的应用示例,滑尺与机床滑台一同运动,定尺固定在机床基础部分,滑尺由滑台带动在定尺上移动,使用时感应同步器需要配合专用数显表,数显表提供电源,并显示滑尺在定尺上的位置。其测长精度可达3μm/m。

感应同步器：感应同步器的组成：应同步器由定尺和滑尺组成，如图所示。其制造工艺方法一般为:首先用绝缘粘结剂把铜箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组一般称为印制电路绕组。定尺和滑尺上的绕组分布是不同的。在定尺上的是连续绕组，节距w2=2(a2+b2)。在滑尺上的则是分段绕组。分段绕组为两组，布置成在空间相差90°，故又称为正、余弦绕组。感应同步器的工作原理：感应同步器在工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势。该电动势随定尺和滑尺(对长感应同步器而言)的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。通过对正弦、余弦函数变化的感应电动势信号的检测处理，便可测量出直线位移量(对长感应同步器而言)。感应同步器的连续绕组和分段绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。

旋转式感应同步器结构：由定子和转子两部分组成,它们呈圆片形状,用直线式感应同步器的制造工艺制作两绕组,如图2-7所示。

如图2-8所示,脉冲发生器发出频率一定的脉冲系列,输出参考信号方波和指令信号方波,指令信号方波使励磁供电线路产生振幅频率相同而相位差为90°的正弦信号电压和余弦信号电压,供给感应同步器滑尺或者定尺绕组。

感应同步器具有如下优点:(1)具有较高的精度与分辨力。其测量精度首先取决于印制电路绕组的加工精度，温度变化对其测量精度影响不大。感应同步器是由许多节距同时参加工作，多节距的误差平均效应减小了局部误差的影响。目前长感应同步器的精度可达到±1.5μm，分辨力0.05μm，重复性0.2μm。直径为300mm的圆感应同步器的精度可达±1″，分辨力0.05″，重复性0.1″。(2)检测长度不受限制。可以根据测量长度的需要，将若干根定尺拼接。拼接后总长度的精度可保持(或稍低于)单个定尺的