位移傳感器工作原理及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)和位移反饋環(huán)節(jié)組成。上位機(jī)為至少含有兩個(gè)COM口的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)主要由運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、混合式步進(jìn)電機(jī)和水平機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置組成；位移反饋環(huán)節(jié)主要由帶數(shù)顯表的數(shù)字位移傳感器和SPP轉(zhuǎn)RS 232接口電路組成。數(shù)字位移傳感器型號(hào)為5CB～10C，位移測(cè)量范圍為0～20 mm，數(shù)顯表讀數(shù)范圍為O～19．999 mm，分辨率為1μm，線性度達(dá)到滿量程的0．05％，即精度達(dá)到10μm。

　　1．2 數(shù)字位移傳感器工作原理

　　數(shù)字位移傳感器由差動(dòng)變壓器(LVDT)和電測(cè)儀器組成。LVDT是把被測(cè)位移量變換成電信號(hào)的傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單使用方便、使用壽命長等特點(diǎn)，可直接用于測(cè)量物體間的相對(duì)變位，物體的長度變化。它不但可測(cè)靜態(tài)位移也可測(cè)量動(dòng)態(tài)位移，電測(cè)儀器由電子測(cè)量線路和數(shù)字面板表、A／D轉(zhuǎn)換板組成。A／D轉(zhuǎn)換板有單端16路模擬量輸入，A／D轉(zhuǎn)換位數(shù)為14位，轉(zhuǎn)換速度達(dá)到10μs。LVDT基本的結(jié)構(gòu)是由在圓柱形骨架上繞有螺旋形的原邊和兩個(gè)付邊繞組所組成的線圈及一可動(dòng)鐵芯構(gòu)成，其原理如圖2所示。

　　當(dāng)原邊供給一振蕩電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)，兩付邊就分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓V1和V2。若鐵芯正處線圈的中心位置時(shí)，兩付邊對(duì)原邊的互感量正好相等，同時(shí)兩付邊的交流電壓分別經(jīng)檢測(cè)電路檢波后，把所得兩直流電壓取其差值，則輸出差動(dòng)直流電壓V為零。當(dāng)鐵芯往上位移時(shí)，上邊的付邊與原邊的互感量增大，而下邊的減小，即出現(xiàn)V1>V2，則差動(dòng)直流輸出電壓V>O，反之亦然。LVDT兩付邊的感應(yīng)電壓V1，V2和差動(dòng)直流輸出電壓V與鐵芯在線圈中的位置的定性關(guān)系見圖3，可見差動(dòng)直流電壓V與鐵芯位移的大小在某一范圍內(nèi)是呈線性關(guān)系的。直線位移傳感器測(cè)量時(shí)把LVDT殼體夾固在參照物上，把和鐵芯連接的測(cè)桿緊固在被測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)被測(cè)對(duì)象位移時(shí)就帶動(dòng)鐵芯相對(duì)于線圈移動(dòng)，從而線性地改變LVDT的輸出電壓。這樣通過電測(cè)儀器測(cè)量LVDT輸出電壓的大小，即可測(cè)量出被測(cè)對(duì)象的位移量。