運動量檢測技術(shù).ppt

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1、運動量檢測技術(shù)第四小組楊天帥、彭君豫、何東、游蕊菱前言運動量是描述物體運動的量，是以自然界中兩個基本量——長度和時間為基礎(chǔ)的，包括位移、速度和加速度，運動量測量是許多物理量測量的基礎(chǔ)。運動量檢測在工業(yè)、交通、國防領(lǐng)域等應(yīng)用較多。例如，汽車、火車、飛機等交通工具需要實時地測量自身的速度與加速度，發(fā)動機等則需要測量輸出軸的轉(zhuǎn)速，橋梁、大型設(shè)備等需要測量其振動，氣象部門需要對大自然的風(fēng)速進行測量等。位移與長度的單位都是m。速度是物體運動時單位時間內(nèi)位移的增量，如果物體運動的速度是變化的，則單位時間內(nèi)速度的增量就是加速度

2、。01位移檢測方法02速度檢測方法03轉(zhuǎn)速檢測方法04加速度檢測方法目錄1.線位移和角位移檢測。（1）積分法、（2）相關(guān)測距法、（3）回波法（4）線位移和角位移相互轉(zhuǎn)換、（5）位移傳感器01位移檢測方法2常用的位移傳感器（1）電感式位移傳感器:利用傳感器線圈的電感變化來檢測非電量的機電轉(zhuǎn)換裝置。特點：a.結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、精度高（分辨力達0.1um）。b.缺點：線性范圍小、不適于高頻動態(tài)測量場合。根據(jù)傳感器線圈的接線方式分為：自感式和互感式。根據(jù)傳感器線圈的結(jié)構(gòu)分為：變氣隙型、變面積型螺管型。變氣隙型、

3、變面積型螺管型電感傳感器外形（2）電容式位移傳感器:特點：a.結(jié)構(gòu)簡單，能在惡劣環(huán)境下工作，可用無機材料（玻璃、石英、陶瓷）作絕緣支架，上面渡以金屬作為極板，能承受相當(dāng)大的溫度變化及輻射，以及強烈振動，并可以在各向同性的電介質(zhì)液中使用。b.分辨力高（納米級），動態(tài)特性好，電容傳感器需要的作用能量極小。因而有較高的固有頻率，同時能在幾兆赫的頻率下工作，從而保證有良好的動態(tài)響應(yīng)能力。c.小功率、高阻抗，本身發(fā)熱量小。d.本身損耗小，零點穩(wěn)定；由于本身發(fā)熱引起的零漂，可以認為不存在。e.變極距型廣范用于微位移測量系統(tǒng)中

4、。（3）感應(yīng)同步器位移傳感器:是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理把位移量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量的位移傳感器。感應(yīng)同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨相對位置不同而變化的原理,將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換成電信號的。感應(yīng)同步器有直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種,直線式（長）感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成。旋轉(zhuǎn)式（圓）感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。特點：a.測量精度高，工作可靠。b.抗干擾能力強，壽命長。c.使用便利。d.尤其適用于生產(chǎn)現(xiàn)場在線檢測。直線式（長）感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)式（圓）感應(yīng)同步器（4）電渦流式傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在

5、磁場中作切割磁力線運動時,導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流,此電流叫電渦流,以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。特點:A、能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。B、具有體積小,靈敏度高,抗干擾能力強，頻率響應(yīng)寬。C、不受油污等介質(zhì)影響，應(yīng)用極其廣泛。D、有變間隙、變面積、螺管型。電渦流傳感器工作原理圖根據(jù)法拉第定律,當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流I1時,線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場H1,使置于此磁場中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2,I2又產(chǎn)生新的交變

6、磁場H2。根據(jù)愣次定律,H2的作用將反抗原磁H1,導(dǎo)致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。由上可知,線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。而電渦流效應(yīng)既與被測體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān),又與線圈幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率有關(guān),還與線圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。因此,傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Z=F（ρ,μ,r,f,x）式中:r——線圈與被測體的尺寸因子。如果保持上式中其它參數(shù)不變,而只改變其中一個參數(shù),傳感器線圈阻抗Z就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)。通過與傳感器配用的測量電路

7、測出阻抗Z的變化量,即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。電渦流傳感器等效電路圖電渦流傳感器－－－載流線圈金屬導(dǎo)體。（5）光柵式數(shù)字位移傳感器光柵是一種在基體上刻制有等間距均勻分布條紋的光學(xué)元件。用于位移測量的光柵稱為計量光柵。下圖為透射光柵的示意圖。圖中a為刻線寬度,b為縫隙寬度,a+b=W稱為光柵的柵距（也稱光柵常數(shù)）。通常a=b=W/2,也可刻成a:b=1.1:0.9。目前常用的光柵每毫米刻成10、25、50、100、250條線條。光柵傳感器又稱光柵讀數(shù)頭,主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件等組成。標(biāo)尺光

8、柵的有效長度即為測量范圍。指示光柵比標(biāo)尺光柵短得多,但兩者刻有同樣的柵距,使用時兩光柵互相重疊,兩者之間有微小的空隙,其中一片固定,另一片隨著被測物體移動,即可實現(xiàn)位移測量。光柵測量原理:當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個微小的夾角時,由于擋光效應(yīng)（對線紋密度≤50條/mm的光柵）或光的衍射作用（對線紋密度≥100條/mm的光柵）,在與光柵線紋大致垂直的方向上,產(chǎn)生出亮暗