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塑性敏感元件高度自动测量仪研制+文献综述(4)
图2.1 总体方案框图
该自动测量仪系统的工作过程:将塑性敏感元件放在工作台上,测量头对准元件,测出压前的高度值;然后拿去做膛压的试验,再来测一次高度。反复测多次,计算平均值。
为了使塑性敏感元件与转台之间不产生相对运动,将光栅位移传感器安装在具有高精度工作基准面的支架上,工作台水平基准面的不平度优于0.001mm。由于光栅位移传感器的输出极易数字化,无需A/D转换,特别适合静态和动态情况下的实时测量。
光栅位移传感器是基于莫尔条纹现象来测量的,要想提高分辨率,必须对对光栅信号进行细分、辨向。信号经细分与辨向后输入计数模块,计数模块完成16位可逆计数后将光栅信号对应的二进制计数值输出到单片机,然后通过串口通信模块送入上位机系统。测高系统的总体框图如图2.2所示。
图 2.2 总体系统框图
2.3 传感器的选择
传感器是数据采集和数据转换的重要部件,位移传感器的选择恰当与否,对测量精度影响很大,必须特别注意。本系统主要涉及位移的测量,根据系统要求传感器的分辨率要求达到0.001mm。目前常见的位移(高度)传感器主要有电涡流式、电容式、差动变压器式、光栅式等[3]。
电涡流式位移传感器利用电涡流效应制成,传感器主要由探头和检测电路两部分构成,探头由线圈和骨架组成,检测电路由振荡器、检波器及放大器等组成。电涡流传感器通过检测电路测出阻抗Z的变化量,检测出被测导体的的位移量。在使用上,电涡流传感器测量属于非接触式测量,若被测导体为圆柱形时,只有导体直径 D/d>3.5时,传感器灵敏度才有稳定值。本系统被测对象为铜柱,尺寸较小,因此不适用于本系统。
电容式位移传感器以电容为敏感元件,将机械位移量转化为电容量的变化。电容式位移传感器形式很多,其中变极距式适于线性位移的测量。变极距式位移传感器一个电极板固定不动,另一个极板可以移动,引起极板间距离 相应变化,从而引起电容量的变化。因此只要测出电容变化量 ,便可测得动极板的位移量 。但是,电容式传感器输出特性非线性较严重。
差动变压器式位移传感器是互感式电感传感器中常见的一种,基于变压器作用原理,次级采用两个相同绕组而将同名端串接,以差动方式输出[5]。一般输出为模拟的电压信号或电流信号,差动变压器式传感器具有线性范围大,测量精度高、稳定性好等优点,但其动态性能差,而且需要屏蔽消除杂磁场的干扰。
光栅式位移传感器用光栅的莫尔条纹测量位移,传感器内有两块光栅,一块固定,另一块随侧头移动。当两块光栅发生相对运动时,莫尔条纹光强发生变化,光电元件把接收到的光强变化转化为电信号输出,根据输出电压与位移的关系即可得到位移量。光栅式位移传感器具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、测量范围大、动态范围宽、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点,因此适合本系统。
1. 光栅位移传感器的工作原理
光栅位移传感器也称计量光栅,被广泛用于直线位移检测[ ],也可用于角度位移检测。计量光栅位置检测系统的原理是莫尔条纹效应,产生莫尔条纹的装置如图所示。当指示光栅和主光栅的线纹相交一个微小的夹角时,由于挡光效应或光的衍射作用,在与光栅线条大致垂直的方向上,产生明暗相交的条纹,这些条纹称为莫尔条纹,如图2.2所示。
图 2.3 光栅常数W、夹角θ与莫尔条纹宽度B的关系示意图
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