【正文】 （Ω）；ρ為電阻率（Ω圖21 變阻器原理及其特性需要注意的是，使用滑線變阻器進行位移檢測時，電刷滑動時會產(chǎn)生動態(tài)接觸電阻，接觸電阻阻值一般不確定，這會對檢測精度產(chǎn)生難以忽略的影響。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中，圓盤式感應(yīng)同步器用以檢測角位移信號，直線式感應(yīng)同步器用以檢測線位移信號。的正弦信號電壓和余弦信號電壓，供給感應(yīng)同步器滑尺或者定尺繞組。磁柵的一個重要特點是磁柵尺與磁頭處于接觸式的工作狀態(tài)。 圖29 磁柵尺四、光電編碼器增量式光電編碼器由光柵盤（碼盤）和光電檢測裝置組成。為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤提供相位差90176。圖214 絕對式光電編碼器原理任務(wù)二 直線型光柵位移傳感器的應(yīng)用一、光柵尺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，用于位移檢測的光柵稱為計量光柵。也就是說，光柵上刻畫的條紋誤差對明暗條紋的影響相對降低，這樣可更容易制造光柵。光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化，則將光信號轉(zhuǎn)換為如圖218所示的光強信號，圖218光柵位移明暗位置與光強之間的關(guān)系在光電傳感器件的固定位置上，光強弱的信號實際上是由明暗位置關(guān)系決定的（如圖218上部所示某一光電器件部位的光接收信號，黑色代表無光，白色代表有光）。圖219 兩個相位差1/4周期的標尺光柵如圖220所示，當光柵正向移動時，光敏元件2比光敏元件1先感光，此時，與門Y1有輸出，它控制加減觸發(fā)裝置，使可逆計數(shù)器的加法母線為高電位。柵距的細分數(shù)和準確性也影響光柵檢測系統(tǒng)的準確度和檢測步距。2）絕對坐標傳感器光柵尺在20 ℃177。圖222 光柵尺數(shù)顯表任務(wù)三 超聲波位移傳感器的工作特性超聲波位移傳感器如圖228所示為超聲波傳感器。波長大于5 mm的傳感器檢測范圍可達8 m。的傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。隨著角度的變大，傳感器接收到的能量將減少。電源引線為棕線和藍線，其中藍線為共地線，檢測中，如果僅需要知道是否達到規(guī)定的距離，可以采用開關(guān)量檢測，即黑色引線和棕色引線；如果需要檢測具體的距離，則需要采用白色引線和藍色引線。了解電阻尺的產(chǎn)生過程。教師講解增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器原理，學(xué)生分組討論兩者的不同。分組討論氣流對超聲波檢測的影響。靈敏度與極距二次方成反比，極距越小則靈敏度越高，如圖33（b）所示。這些損耗在低頻時影響較大，隨著工作頻率增高，容抗減小，其影響就減弱。圖36所示的是調(diào)頻式測量電路原理框圖。（1）小功率、高阻抗。電容傳感器的極板間的引力極小，能量消耗少，其可動質(zhì)量小，具有較高的固有頻率和良好的動態(tài)性能。圖38 所示為差動電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖311（a）所示是可變導(dǎo)磁面積型，其自感L與A0呈線性關(guān)系，但和電容式傳感器相類似，由于邊緣效應(yīng)，這種傳感器的靈敏度比較低。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，靈敏度稍低，適合相對位移較大的檢測（數(shù)個毫米）。圖312渦流傳感器工作原理透射式渦流厚度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖313所示。任務(wù)二 高精度激光位移傳感器一、圖像傳感器圖像傳感器從功能上講，是一個能把受光面的光像分成許多小單元（像元），并將它們轉(zhuǎn)換成電信號，然后將其順序輸出的傳感器件。每個光敏元通常是一個MOS電容，并正對著CCD上的電容。圖324 一維線性圖像傳感器結(jié)構(gòu)原理圖像傳感器還可用作光學(xué)文字識別裝置的“讀取頭”。以上處理稱為前置處理，前置處理后，以固定方式對各個文字進行特征抽取。氣體激光器有氦氖激光器和氬激光器；固體激光器有紅寶石激光器；半導(dǎo)體激光器有激光二極管，像CD機、DVD機和CDROM。可見光的干涉測量是干涉測量術(shù)中最先發(fā)展同時也得到最廣泛應(yīng)用的類別，早期的實際應(yīng)用如邁克耳孫測星干涉儀對恒星角直徑的測量，但如何獲取穩(wěn)定的相干光源始終是限制光學(xué)測量發(fā)展的重要原因之一。光導(dǎo)纖維的芯子是用玻璃材料制成的，折射率為n1；包層是用玻璃或塑料制成的，折射率為n2；且n1＞n2，這樣可以保證入射到光纖內(nèi)的光波集中在芯子內(nèi)傳輸。(1)數(shù)值孔徑是光纖的一個重要性能參數(shù)，它表示光纖的集光能力。色散影響著光纖傳輸信息的容量。導(dǎo)致傳輸損耗的原因主要是光吸收和光散射。1)功能型光纖傳感器光纖一方面起傳輸光的作用，另一方面是敏感元件，是靠被測物理量調(diào)制或影響光纖的傳輸特性，把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。如光纖陀螺、光纖水聽器等。目前，已實用化的光纖傳感器，大都是非功能型的。請思考并論述：在高速度檢測過程中，使用激光位移傳感器和電感高精度位移傳感器在原理上是否可行。教師講解等效電路，引導(dǎo)學(xué)生分組討論電容的實際相對變化量。教師講解差動變壓器傳感器原理及輸出特性，學(xué)生分組討論其使用特點。教師講解功能型光纖傳感器及非功能型光纖傳感器的原理，學(xué)生分析其異同點。它能把機械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。（3）輸出電壓的極性和相位能反映被測對象的轉(zhuǎn)向。二、直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機實際上是一種微型直流發(fā)電機，按勵磁方式可分為兩種類型。定子磁極由永久磁鋼做成。因此，在相同轉(zhuǎn)速下，負載時電樞繞組的感應(yīng)電動勢比空載時電樞繞組的感應(yīng)電動勢小。當電樞電流較小時，接觸電阻大，接觸壓降也大；電樞電流較大時，接觸電阻小。圖46 考慮電刷接觸壓降后的輸出特性3．電刷位置的影響當直流測速發(fā)電機帶負載運行時，若電刷沒有嚴格地位于幾何中性線上，會造成測速發(fā)電機正反轉(zhuǎn)時輸出電壓不對稱，即在相同的轉(zhuǎn)速下，測速發(fā)電機正反向旋轉(zhuǎn)時，輸出電壓不完全相等。當溫度升高時，勵磁繞組電阻增大。5．紋波的影響實際上直流測速發(fā)電機，在Φ和n為定值時，其輸出電壓并不是穩(wěn)定的直流電壓，而總是帶有微弱的脈動，通常把這種脈動稱為紋波。增加每條支路中串聯(lián)的元件數(shù)，可以減小紋波。同步測速發(fā)電機又分為永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式三種?？招谋D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機的精度較高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量也小，性能穩(wěn)定。脈振的頻率與電源頻率f相同，脈振磁場的軸線與勵磁繞組Wf的軸線一致。若忽略勵磁繞組Wf的電阻R1及漏阻抗X1，則根據(jù)變壓器的電壓平衡方程式，電源電壓f與勵磁繞組中的感應(yīng)電動勢f相平衡，電源電壓的大小近似地等于感應(yīng)電動勢的大小，即f≈f(42)又因為f∝d，所以電源電壓f一定時，磁通d也基本保持不變。電于磁通d為脈振磁通，所以電動勢r亦為交變電動勢，其交變頻率為磁通d的脈振頻率f。圖49 異步測速發(fā)電機的輸出特性為減少上述測速發(fā)電機的非線性，可采取以下措施。在理論上測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為零時，輸出電壓也為零。它是引起異步測速發(fā)電機誤差的主要部分。（2）外接補償裝置。下面介紹霍爾無刷直流測速發(fā)電機。某些物質(zhì)，如石英、鋯鈦酸鉛等，當受到外力作用時，不僅幾何形狀發(fā)生變化，而且內(nèi)部產(chǎn)生極化，表面出現(xiàn)電荷，形成電場；當外力消失時，材料重新回復(fù)到原來狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱作壓電效應(yīng)。因此，利用壓電式傳感器檢測靜態(tài)或準靜態(tài)量時，必須要采用極高阻抗的負載。經(jīng)過阻抗變換后再送入普通的放大器進行放大、檢波等處理。因此，現(xiàn)在通常采用性能穩(wěn)定的電荷放大器。這種集成化是現(xiàn)代加速度計的重要發(fā)展方向。（1）防水。（3）位置限制。（4）絕緣、地電回路及磁電場。這兩種類型傳感器的區(qū)別在于絕緣型產(chǎn)品的外殼為信號地，浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層。請思考這個電流和哪些因素相關(guān)，所檢測的結(jié)果為什么是振動的速度檢測值。教師結(jié)合圖片講解異步測速發(fā)電機的工作原理。了解加速度計基本情況，清楚影響測量的因素。圖51 電阻應(yīng)變式測力傳感器電阻絲應(yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖53所示，~ mm的高電阻系數(shù)的金屬絲彎曲成柵形，用粘結(jié)劑粘貼在絕緣基體上，金屬絲的兩端焊接有引線，表面粘接絕緣保護片。（2）較大的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，且電阻應(yīng)變靈敏度系數(shù)在盡可能大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)，即線性度較好。一般在200 ℃~300 ℃以下工作時可選用康銅絲應(yīng)變片，在300 ℃以上工作時可選用鎳鉻合金應(yīng)變片、鉑銥合金應(yīng)變片等。二、壓磁式力傳感器某些鐵磁材料（磁致伸縮材料）受到壓縮時，導(dǎo)磁率沿應(yīng)力方向下降，而沿與應(yīng)力垂直方向增加，稱為壓磁效應(yīng)。若該鐵磁材料開有四個對稱的通孔，如圖56所示，交叉繞兩組相互垂直的線圈，激勵線圈所產(chǎn)生的磁力線在繞組兩側(cè)對稱布置，合成磁場強度與檢測繞組平面平行，磁力線不和檢測繞組交聯(lián)，從而使得后者不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。圖56 壓磁效應(yīng)傳感器在使用上需要考慮受力點的位置，壓磁式傳感器如果受力點不同，即使受力值相同，檢測結(jié)果也有可能不同。圖57 壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式三、振弦式力傳感器利用不同的受力機構(gòu)可做成檢測力、扭矩或加速度等的各種振弦式傳感器，檢測原理如圖58所示。2）不平衡電橋不平衡電橋是直接利用電橋平衡被破壞后產(chǎn)生的輸出（電壓或者電流）反映被測量。R1~R4稱為電橋的橋臂。這類電橋通常可獲得更為優(yōu)良的性能。如圖515所示，利用腔體內(nèi)流體壓力不同，使得硅膜片受力后產(chǎn)生電阻變化，從而得到壓力數(shù)值，是一般通用壓力傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理。所以，負壓檢測的是一種相對壓力，即當前大氣相對于大氣壓的壓力。圖518 絕壓檢測壓力壓力傳感器中的漂移產(chǎn)生的根本原因在于所有的壓力傳感器均基于一種材料的彈性變形，不論其材質(zhì)彈性如何良好，每次彈性回復(fù)后，總會產(chǎn)生一定的彈性疲勞和殘余形變。因為一種材料對壓力敏感的同時也對溫度敏感。%FS，即誤差相當于滿量程的百分比。 kPa。最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變，特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。講解電阻應(yīng)變片檢測力原理。掌握檢測電橋的分類。期惡劣環(huán)境下的檢測，應(yīng)盡可能選擇壓電式壓力傳感器。因此要求作為檢測用的熱電阻材料必須具備以下特點：電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定，電阻率高，電阻與溫度之間關(guān)系最好呈線性，并且在較寬的檢測范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。熱電阻種類主要包括以下幾種。 mm 的漆包線或絲包線雙線繞制，而后浸以酚醛樹脂成為一個銅電阻體，再用鍍銀銅線作引出線，穿過絕緣套管便制作成銅電阻。%高純度的銦絲繞成電阻， K溫度范圍內(nèi)使用。碳電阻適合于液氦溫域的溫度檢測，價廉，對磁場不敏感；但熱穩(wěn)定性較差。圖65 熱電偶回路常用的熱電偶由兩根不同的導(dǎo)線組成，它們的一端焊接在一起，為工作端（或稱為熱端）T，測溫時將它置于溫度場中；不連接的兩個稱為自由端（或稱為冷端）T0，與檢測儀表引出的導(dǎo)線相連接。（1）配對的熱電偶應(yīng)有較大的熱電動勢，并且熱電動勢與溫度盡可能有良好的線性關(guān)系。滿足上述條件的金屬材料不是很多，目前我國大量使用的是銅康銅、鎳鉻銅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻鎳鋁、鉑銠10鉑、鉑銠30鉑銠6。（2）保護套管的作用是保護熱電偶的感溫元件免受被測介質(zhì)化學(xué)腐蝕、機械損傷，避免火焰和氣流直接沖擊以及提高熱電偶的強度。根據(jù)被測溫度的對象及現(xiàn)場環(huán)境條件，設(shè)計有普通式、防濺式、防水式和接插座式。鎧裝熱電偶有單支（雙芯）和雙支（四芯）之分，其檢測端有碰底型、不碰底型、露頭型和帽型等幾種形式，如圖68所示。圖69所示為薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)圖。2）冷端溫度修正法在冷端溫度不等于0 ℃時，對測量溫度使用經(jīng)測定的修正值，避免了由于環(huán)境溫度的波動而引入的誤差。根據(jù)理論計算，只要使熱電偶和補償導(dǎo)線的兩個接點溫度一致，就不會影響熱電動勢的輸出。補償導(dǎo)線與熱電極連接時，正極應(yīng)當接正極，負極接負極，極性不能接反，否則會造成更大的誤差。當此檢測系統(tǒng)投入工作后，顯示儀表的示值就是實際的被測溫度值。（1）補償器接入檢測系統(tǒng)時正負極性不可接反。用具有這種效應(yīng)的電介質(zhì)制成的元件稱為熱釋電元件。熱釋電紅外傳感器的工作原理是入射的紅外線首先照射在濾光片上，濾光片為6 μm 多層膜干涉濾光片，它對5 μm以下短波長光有高反射率，而對6 μm 以上人體發(fā)射出來的紅外線熱源(10 μm)有高穿透性。為了防止PbS 光敏元件被氧化，將PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或藍寶石做光窗口。光學(xué)系統(tǒng)是采用透射式的，是根據(jù)紅外波長的范圍而選擇的光學(xué)材料制成的。其中，集成紅外電荷耦合器件(紅外CCD)是最理想，最有發(fā)展前途的固態(tài)成像器件。光學(xué)系統(tǒng)中的垂直掃描和水平掃描采用具有高折射率的多面平行棱鏡，掃描棱鏡由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，掃描速度，相位由掃描觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器和有關(guān)控制電路來控制。圖614 紅外熱像儀原理〖實