《運(yùn)動參量的測量》word版

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1、第章運(yùn)動參量的測量本章所述運(yùn)動參量的測量是指描述物體運(yùn)功狀態(tài)的三個基本參量，即位移、速度、加速度的測量。在研究機(jī)器零部件的運(yùn)動規(guī)律、力能關(guān)系及工藝參數(shù)等情況時，都要涉及到運(yùn)動參量的測量。此外，其他物理量如力參量，物位，溫度，流量等的測量，也是不同程度的以運(yùn)動參量的測量為基礎(chǔ)的。因而運(yùn)動參量的測量廣泛應(yīng)用于工藝參數(shù)的自動檢測、控制和生產(chǎn)設(shè)備的自動化方面。第一節(jié)位移的測量位移測量是線位移和角位移測量的統(tǒng)稱。位移測量在工程中應(yīng)用很廣泛，這不僅在工程中經(jīng)常要求精確地測量零部件的位移和位置，而且力、壓力、扭矩、速度、加速的、流量等許多參數(shù)的測量，也是以位移測量為基礎(chǔ)的。位

2、移是向量，出了確定其大小之外，還應(yīng)確定其方向。一般情況下，應(yīng)使測量方向與位移方向重合，這樣才能真實(shí)的測量出位移的大小。測量位移時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對象，選擇恰當(dāng)?shù)臏y量點(diǎn)、測量方向和測量系統(tǒng)。位移測量系統(tǒng)由位移傳感器、相應(yīng)的測量放大電路和終端顯示裝置組成。針對位移測量的場合，可采用不通用途的位移傳感器。表（）中列出了較常見的位移傳感器的主要特點(diǎn)和使用性能。由于在不同的場合下對位移測量的精度要求不同，位移參量本身的量值特征、頻率特征的不同，自然地形成了多種多樣的位移傳感器及其相應(yīng)的測量電路或系統(tǒng)。以下將按照傳感器類型的不同介紹幾種常見的測量方法。一、光圖象位移傳感

3、器圖6-1所示的位移傳感器是用來跟蹤垂直于視線的平面內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)的。通常在運(yùn)動物體上固定一個由黑白兩區(qū)組成的目標(biāo)，其黑白分界線與運(yùn)動方向垂直。目標(biāo)1由透鏡2聚焦在析象管3的光陰極4上而成象5。光陰極的后表面依據(jù)其前表面上的目標(biāo)象的照度，成比例發(fā)射電子。析象管的電子光學(xué)系統(tǒng)的電場(未畫出)使其在析象管中加速，并聚焦在具有，一個中心小孔7的圓盤6上。這個“電子象”只有一小部分通過小孔而到達(dá)電子倍增器8,并使電子倍增器產(chǎn)生與該小部分強(qiáng)度成比例的輸出電流。當(dāng)電子象的白區(qū)進(jìn)人電子倍增器時，將產(chǎn)生最大輸出；反之，黑區(qū)進(jìn)人電子倍增器時，將產(chǎn)生最小的輸出;當(dāng)分界線處于小孔之內(nèi)時

4、，將產(chǎn)生與小孔內(nèi)黑白比例相當(dāng)?shù)妮敵觥ＴO(shè)小孔內(nèi)電子象的黑白各半，即目標(biāo)分界線位于小孔中央時的輸出為。在其他任何情況卜，若從電子倍增器的輸出減去，可得到跟蹤信號，它將與分界線對中心位置的偏移量成比，其正號或負(fù)號表示孔中白區(qū)較大或黑區(qū)較大。析象管有一個偏轉(zhuǎn)線圈9,可控制電子象的位置。當(dāng)跟蹤信號經(jīng)放大后送人該線圈，并能在黑區(qū)過大時，驅(qū)動電子象朝加大白區(qū)的方向運(yùn)動。從而構(gòu)成一個反饋系統(tǒng)，以保持分界線永遠(yuǎn)處于小孔中央，同時放大器的輸出也與被測目標(biāo)的位移成正比。如果要求系統(tǒng)有較高的精確度和跟蹤速度時，則要求回路有足夠大的增益。這種伺服系統(tǒng)中。沒有機(jī)械運(yùn)動元件，其滯遲甚小，因而

5、既易于滿足上述要求，又不損害系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若需測量物體平面運(yùn)動的兩互相垂直方向的位移，則需對該系統(tǒng)進(jìn)行一些改進(jìn)。這類系統(tǒng)滿刻度位移在0.05mm到幾米之間(取決于目標(biāo)的距離和所用的光學(xué)系統(tǒng))，線性誤差低于1%，單向跟蹤工作頻率可超過100，近程的分辨力可達(dá)百分之幾微米。二、應(yīng)變片式位移傳感器它的測定原理是利用一彈性元件把位移量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量，而后用應(yīng)變片、應(yīng)變儀等測量記錄。用以測量位移的彈性元件和應(yīng)變片等組件，稱應(yīng)變片式位移傳感器。它的種類也有多種，其區(qū)別點(diǎn)就在于彈性元件的結(jié)構(gòu)形式。常用的彈性元件有懸臂梁、圓環(huán)和半圓環(huán)等。如圖7-2所示的懸臂梁彈性元件，若在其自由

6、端有δ的位移作用，則梁表面會產(chǎn)生彎曲應(yīng)變ε，其值與δ成正比。通過如圖的貼片測出應(yīng)變ε，就可測得位移量δ。位移δ與應(yīng)變ε間的關(guān)系，隨梁的結(jié)構(gòu)形式不同而異。圖6-2應(yīng)變片式位移傳感器對于等斷面梁，貼片處的應(yīng)變ε與位移或撓度δ間的關(guān)系為或式中l(wèi),h—梁的長度、厚度;x—從自由端到貼片處距離。若按圖6-2所示的方法貼片和接橋，則位移δ與應(yīng)變儀讀數(shù)ε的關(guān)系為（6-1）對于等強(qiáng)度梁，則有（6-2）這種測量方法一般只用于小位移δ<250μm的情況下。其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定、可靠，有較高的測量精度和良好的線性關(guān)系，與之配用的測量電路和儀器也較為成熟。懸臂梁一般用彈簧鋼或

7、磷銅片制成。梁的尺寸應(yīng)該按所測的位移來選擇。給定ε(一般取500~1000με)，根據(jù)所測位移量δ，就可由式(6-1)或式(6-2)選擇合適的l與h。為了盡量減小對被測對象的影響，設(shè)計(jì)彈性梁時，應(yīng)根據(jù)具體情況將變形梁的剛度限制在一定的程度。圖6-3圓環(huán)式彈性元件及其貼片和接橋圖6-3所示的圓環(huán)或半圓環(huán)彈性元件，當(dāng)它在被測位移δ的作用時，會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和應(yīng)變，其應(yīng)變值與位移成正比。圓環(huán)的貼片和接橋如圖6-3a,b所示。半圓環(huán)的貼片、接橋如圖6-3c,d所示。由于這種方法直接測量的位移量較小，為了擴(kuò)大其量程，可通過一些裝置將小位移進(jìn)行變換。圖6-4所示就是用一斜面將

8、小位移變換成大位移的裝置