32位移检测装置旋转变压器感应同步器光栅位移传感器磁栅位移传感器.pptx

2024/4/2 周二 位移检测装置位移检测装置2024/4/2 周二一、旋转变压器（角位移检测元件）一、旋转变压器（角位移检测元件）旋转变压器是一种角度测量元件，它是旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为通常为400H400H、500H500H、1000H1000H、3000H3000H、5000H5000H，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。强，工作可靠。2024/4/2 周二工作原理：工作原理：定子绕组定子绕组输入电压输入电压2024/4/2 周二 设加到定子绕组的励磁电压为设加到定子绕组的励磁电压为U U1 1=Umsin=Umsin t t，通，通过电磁耦合，将在转子绕组中产生的感应电压为过电磁耦合，将在转子绕组中产生的感应电压为 U U2 2=K U=K U1 1sinsin =K Um sin=K Um sin t sint sin 式中式中 KK变压比（变压比（K=N1/N2K=N1/N2为定子、转子绕组的匝数）为定子、转子绕组的匝数）UmUm励磁最大电压励磁最大电压 励磁电压角频率励磁电压角频率 转子与定子相对角位移，当转子磁轴与定子磁轴转子与定子相对角位移，当转子磁轴与定子磁轴垂直时，垂直时，=0=0；当转子磁轴与定子磁轴平行时，；当转子磁轴与定子磁轴平行时，=90=90。2024/4/2 周二二、感应同步器二、感应同步器工作原理：工作原理：利用电磁耦合原理，将位移或转角变成电信利用电磁耦合原理，将位移或转角变成电信号（极为普遍）。即使滑尺与定尺相互平行，并号（极为普遍）。即使滑尺与定尺相互平行，并保持一定的间距。向滑尺通以交流激磁电压，则保持一定的间距。向滑尺通以交流激磁电压，则在滑尺中产生激磁电流，绕组周围产生按正弦规在滑尺中产生激磁电流，绕组周围产生按正弦规律变化的磁场，由电磁感应，在定尺上感出感应律变化的磁场，由电磁感应，在定尺上感出感应电压，当滑尺与定尺间产生相对位移时，由于电电压，当滑尺与定尺间产生相对位移时，由于电磁耦合的变化，使定尺上感应电压随位移的变化磁耦合的变化，使定尺上感应电压随位移的变化而变化（相同频率）。而变化（相同频率）。2024/4/2 周二2024/4/2 周二定尺绕组产生感应电动势原理图定尺绕组产生感应电动势原理图2024/4/2 周二三、脉冲编码器（角位移检测元件）三、脉冲编码器（角位移检测元件）1 1、增量式脉冲编码器、增量式脉冲编码器2024/4/2 周二2 2、绝对式脉冲编码器、绝对式脉冲编码器2024/4/2 周二四、光栅四、光栅组成：组成：标尺光栅：安装在机床的移动部件上标尺光栅：安装在机床的移动部件上指示光栅：安装在机床的固定部件上指示光栅：安装在机床的固定部件上它们之间保持它们之间保持0.05mm0.05mm或或0.1mm0.1mm的间隙。的间隙。相互平行相互平行2024/4/2 周二分类：分类：透射光栅透射光栅反射光栅反射光栅透射光栅：透射光栅：采用经磨制的光学玻璃或在玻璃表面感光采用经磨制的光学玻璃或在玻璃表面感光 材料的涂层上刻成光栅线纹。材料的涂层上刻成光栅线纹。特特 点：点：光源可以采用垂直入射光，光电元件直接光源可以采用垂直入射光，光电元件直接 接受光照。因此信号幅值比较大，信噪比接受光照。因此信号幅值比较大，信噪比 好。光电转换器结构简单，好。光电转换器结构简单，如如 线性密度线性密度 200200线线/mm/mm。缺缺 点：点：玻璃易破裂，热胀系数与金属部件不一玻璃易破裂，热胀系数与金属部件不一 致，影响测量精度。致，影响测量精度。2024/4/2 周二反射光栅：反射光栅：光栅和机床金属部件的线膨胀系数一致，光栅和机床金属部件的线膨胀系数一致，接长方便。也可用钢带做成长达数米的长光栅。接长方便。也可用钢带做成长达数米的长光栅。缺缺 点点：为了使反射后的莫尔系数反差较：为了使反射后的莫尔系数反差较 大，每毫米内线纹不宜多，常用大，每毫米内线纹不宜多，常用 4、10、25、40、50线线/mm。2024/4/2 周二工作原理：工作原理：2024/4/2 周二 若标尺光栅和指示光栅的栅距相等，指示光栅在若标尺光栅和指示光栅的栅距相等，指示光栅在其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度，两其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度，两块光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线块光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直照射在标尺光栅上，在两块光栅线相交的钝角平分垂直照射在标尺光栅上，在两块光栅线相交的钝角平分线上，出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹，线上，出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹，称之为横称之为横向莫尔条纹。向莫尔条纹。2024/4/2 周二莫尔条纹的形成莫尔条纹的形成2024/4/2 周二特点特点：由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔条纹对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差条纹对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差对测量精度影响较小。也可采用信号。对测量精度影响较小。也可采用信号。在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接触，没有磨损，因而精度可以长期保持。触，没有磨损，因而精度可以长期保持。光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾斜角都要求保持不变，制造调试比较困难。光学系斜角都要求保持不变，制造调试比较困难。光学系统易受外界的影响产生误差，同时又有灰尘、油、统易受外界的影响产生误差，同时又有灰尘、油、冷却液等污物的侵入，易使光学系统变质。冷却液等污物的侵入，易使光学系统变质。2024/4/2 周二五、磁栅五、磁栅 磁栅又称磁尺，是一种采用电磁方法记录磁波磁栅又称磁尺，是一种采用电磁方法记录磁波数目的位置检测装置。数目的位置检测装置。组成：组成：磁性标尺、磁头和检测电路磁性标尺、磁头和检测电路 利用录磁的原理将一定周期变化的方法，正弦利用录磁的原理将一定周期变化的方法，正弦波或脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁波或脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁膜上，作为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转换成电信号，经过检测电路处性标尺上的磁信号转换成电信号，经过检测电路处理后，用以计量磁头相对磁尺之间的位移量。理后，用以计量磁头相对磁尺之间的位移量。2024/4/2 周二磁尺测量装置的组成和工作原理磁尺测量装置的组成和工作原理：磁性标尺是在非导磁材料如铜、不锈钢、玻璃或其他合金材磁性标尺是在非导磁材料如铜、不锈钢、玻璃或其他合金材料的基体上，用涂敷、化学沉积或电镀的一层料的基体上，用涂敷、化学沉积或电镀的一层1020um的导磁的导磁材料（材料（Ni-Co或或Fe-Co合金），在它的表面上录制相等节距周期合金），在它的表面上录制相等节距周期变化的磁信号。磁信号的节距一般为变化的磁信号。磁信号的节距一般为0.05、0.1、0.2、1mm。为了防止磁头对磁性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚为了防止磁头对磁性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚12mm的耐磨塑料保护层。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反的耐磨塑料保护层。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁信号输送到检测电路中去。映空间位置的磁信号输送到检测电路中去。普通录音机上的磁头输出电压幅值与磁通变化率成比例，属普通录音机上的磁头输出电压幅值与磁通变化率成比例，属于速度响应型磁头。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静于速度响应型磁头。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。磁通响应型磁头。2024/4/2 周二特点：特点：对使用环境的条件要求较低，对周围磁对使用环境的条件要求较低，对周围磁 场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较 多的地方使用有较好的稳定性。多的地方使用有较好的稳定性。