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、運動控制環(huán)節(jié)和位移反饋環(huán)節(jié)組成。上位機為至少含有兩個COM口的工業(yè)控制計算機。運動控制環(huán)節(jié)主要由運動控制器、驅(qū)動器、混合式步進電機和水平機械運動裝置組成；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)字位移傳感器型號為5CB～10C，位移測量范圍為0～20 mm，數(shù)顯表讀數(shù)范圍為O～19．999 mm，分辨率為1μm，線性度達到滿量程的0．05％，即精度達到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變壓器(LVDT)和電測儀器組成。LVDT是把被測位移量變換成電信號的傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單使用方便、使用壽命長等特點，可直接用于測量物體間的相對變位，物體的長度變化。它不但可測靜態(tài)位移也可測量動態(tài)位移，電測儀器由電子測量線路和數(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付邊繞組所組成的線圈及一可動鐵芯構(gòu)成，其原理如圖2所示。
當原邊供給一振蕩電壓時，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，兩付邊對原邊的互感量正好相等，同時兩付邊的交流電壓分別經(jīng)檢測電路檢波后，把所得兩直流電壓取其差值，則輸出差動直流電壓V為零。當鐵芯往上位移時，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。直線位移傳感器測量時把LVDT殼體夾固在參照物上，把和鐵芯連接的測桿緊固在被測點上，當被測對象位移時就帶動鐵芯相對于線圈移動，從而線性地改變LVDT的輸出電壓。這樣通過電測儀器測量LVDT輸出電壓的大小，即可測量出被測對象的位移量。
