第四章信号检出技术 5、超声波测距系统 1)原理：声音-机械波（机械振动-弹性煤质）； 声波纵波； 声频范围（可听频率范围）：20~20000Hz 次声波-频率低于20Hz;超声波-超过20kHz 声速(C)-声波在媒质中传播的速度，单位为m/s 空气中：344m/s；水中：1440m/s;钢铁中：约5000m/s。 超声波在空气中的传播速度： V=331.5+0.61T T-环境温度（°C) D 接收 被测距离： D=t。V/2 物体t:m 'I 发射 te往返时间 特点：不易受太阳光干扰；不受测量对象颜色、表面形状的影响： 抗污染能力强 应用：粉尘、水滴飞溅；透明体（如塑料薄膜和板材）、海绵、 橡胶、蝶形纸类的堆积量/厚度的测量；物流运输系统
第四章 信号检出技术 D = t c V0 / 2 V0 = 331.5 + 0.61T 5、超声波测距系统 声音 --- 机械波（机械振动--- 弹性煤质）； 声波 --- 纵波； 声速 （C） --- 声波在媒质中传播的速度，单位为m/s 声频范围（可听频率范围）：20 ~20000Hz 次声波--- 频率低于20Hz；超声波--- 超过20kHz tc --- 往返时间 特点：不易受太阳光干扰；不受测量对象颜色、表面形状的影响； 抗污染能力强 超声波在空气中的传播速度： 空气中：344m/s；水中：1440m/s；钢铁中：约5000m/s。 T --- 环境温度（C） 应用：粉尘、水滴飞溅；透明体（如塑料薄膜和板材）、海绵、 橡胶、蝶形纸类的堆积量/厚度的测量；物流运输系统 被测距离： 1）原理：
2)应用实例： ①运输小车的控制 传感器 传感器 图3.23 移动小车的控制 缓冲器 吊钧 传感器 ②车体的定位检测 图3.24搬送车体的定位
2）应用实例： ① 运输小车的控制 ② 车体的定位检测
四、角度及角位移传感器 矩形零件的直角，锥体的锥角、零部件的定位角、转角及分度角 角度检测： 直接检测：相对检测、绝对检测 间接检测： 实物基准一标准多面棱体、标准分度盘和角度量块 角度检测器具角尺、角度样板、量角器、水平仪、分度头、 光学测角仪 A 1、相对检测 1)角度样板 专用的定值量具 -较精密零件的检验 2a 角度偏差： △0三 ×105() a--光隙大小(mm) L-被检维体素线长度(mm) 图3-34 角度样板
四、角度及角位移传感器 矩形零件的直角，锥体的锥角、零部件的定位角、转角及分度角 实物基准 --- 标准多面棱体、标准分度盘和角度量块 角度检测： 直接检测： 间接检测： 相对检测、绝对检测 角度检测器具 --- 角尺、角度样板、量角器、水平仪、分度头、 光学测角仪 1、相对检测 1）角度样板 --- 专用的定值量具 --- 较精密零件的检验 10 (' ') 2 5 = L a --- 光隙大小(mm) L --- 被检锥体素线长度(mm) 角度偏差：
2)多面棱体一多值的角度块 35 正多面体合金钢石英玻璃 90 工作面 工作面数：6,8,12,24,36,72 角度基准-测量分度盘、精密齿轮、 蜗轮的分度误差 其他测量-~获得精确转角 多面棱体测量分度误差 图3一35多面棱体 1--被测度盘； 2--24面体； 3-工作台： 4自准直仪； 5-…读数显微镜； 6--底座
2）多面棱体 --- 多值的角度块 正多面体--- 合金钢/石英玻璃 工作面数：6，8，12，24，36，72 角度基准--- 测量分度盘、精密齿轮、 蜗轮的分度误差 其他测量--- 获得精确转角 多面棱体测量分度误差 1 --- 被测度盘； 2 --- 24面体； 3 --- 工作台； 4 --- 自准直仪； 5 --- 读数显微镜； 6 --- 底座
3) 圆光栅传感器 光栅-一径向光栅、切向光栅、环形光栅 刻线区 刻线区 径向圆光栅 切向圆光栅
3）圆光栅传感器 光栅 --- 径向光栅、切向光栅、环形光栅 径向圆光栅 切向圆光栅
k=4)k=3 k=2 花= k=0
莫尔条纹-圆弧形、环形、辐射形 ①径向光栅的圆弧形莫尔条纹 两块径向光栅-一栅距角相同/不大偏心量 光栅不同区域，栅线交角不同 横向 22 圆弧形莫尔条纹 (不同曲率半径) 条纹宽度随位置变化 偏心垂直位置上 -横向莫尔条纹 实际应用 二纵向 条纹近似垂直于栅线 偏心方向上纵向莫尔条纹 斜向 -条纹近似平行于栅线 其他位置一斜向莫尔条纹 特例-光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同） 主光栅（一个栅距角）-透光量（一个周期）
① 径向光栅的圆弧形莫尔条纹 两块径向光栅--- 栅距角相同/不大偏心量 光栅不同区域，栅线交角不同 --- 圆弧形莫尔条纹 （不同曲率半径） 条纹宽度--- 随位置变化 偏心垂直位置上 --- 条纹近似垂直于栅线 偏心方向上 --- 条纹近似平行于栅线 --- 横向莫尔条纹 --- 纵向莫尔条纹 其他位置--- 斜向莫尔条纹 实际应用 特例 --- 光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同） 主光栅（一个栅距角）---透光量（一个周期） 莫尔条纹--- 圆弧形、环形、辐射形
②切向光栅的环形莫尔条纹 两块切向光栅-栅距角相同/切线圆半 径不同/同心叠合 环形莫尔条纹 以光栅中心为圆心的同心圆簇 条纹宽度随条纹位置变化 优点：-全光栅平均效应 应用：高精度角度测量和分度 ③环形光栅的辐射形莫尔条纹 两块环形光栅（相同）一栅线相对 /不大的偏心量 辐射形莫尔条纹 - 条纹近似直线/星辐射状 特点：条纹数目位置偏心量大小/ 圆心连线方向 偏心量（一个栅距）莫尔条纹数目 增加一条（一个象限内） 光栅旋转-条纹数目/位置（不变） 应用：主轴偏移、晃动
② 切向光栅的环形莫尔条纹 两块切向光栅---栅距角相同/切线圆半 径不同/同心叠合 环形莫尔条纹 --- 以光栅中心为圆心的同心圆簇 条纹宽度--- 随条纹位置变化 应用：高精度角度测量和分度 优点：--- 全光栅平均效应 ③ 环形光栅的辐射形莫尔条纹 两块环形光栅（相同）---栅线相对 /不大的偏心量 辐射形莫尔条纹 --- 条纹近似直线/呈辐射状 特点：条纹数目/位置--- 偏心量大小/ 圆心连线方向 光栅旋转--- 条纹数目/位置（不变） 偏心量（一个栅距）---莫尔条纹数目 增加一条（一个象限内） 应用：主轴偏移、晃动
2、绝对测量 1)差动电容式转角传感器 极板A 两个独立极板--旋转圆盘 旋转圆盘D 圆盘旋转-电容差动变化 、极板B 极板C 导体 8-0 绝缘体 do =di d2 电容式转角传感器的敏感元件 极板A 极板B 旋转圆盘D ● 极板B 极板C (a) (b) 图3一40电容与圆盘转角的关系
2、绝对测量 1）差动电容式转角传感器 两个独立极板--- 旋转圆盘 圆盘旋转--- 电容差动变化
B B (a)扇形平板结构； b)柱面板结构
(a)扇形平板结构； (b)柱面板结构
