光柵尺位移是由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。
標尺光柵一般固定在機床活動部件上,光柵讀數(shù)頭裝在機床固定部件上,指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。
光柵尺位移傳感器的結(jié)構(gòu)。
常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的。
(關(guān)于莫爾條紋的原理,可參考相關(guān)文獻) 簡單的說:
光讀頭通過檢測莫爾條紋個數(shù),來“讀取”光柵刻度;
然后再根據(jù)驅(qū)動電路的作用,計算出光柵尺的位移和速度。
相比例如軟件測量的方式,光柵尺讀數(shù)測量具有更高的精度。
光纖電流互感器優(yōu)勢
(1)絕緣結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,造價低。
由于光纖具有良好的絕緣特性,高低壓之間的絕緣通過光纖再加上絕緣套來完成,從而使互感器的結(jié)構(gòu)大為簡化。
雖然 HOCT仍然具有鐵心和線圈,但由于一,二側(cè)均處于高壓側(cè),一,二側(cè)之間的電位差比較小,故不需要高壓絕緣隔離;
因此磁路短,尺寸小,電壓等級的提高也不會帶來太多的改變,因此適用于高壓電力系統(tǒng)中。
(2)測量準確度高。
利用光的磁光效應測量電流,徹底拋棄的電磁式鐵心繞組的結(jié)構(gòu),沒有故障電流下的飽和漏電,測量也無磁滯效應,同時具有高的抗電磁干擾的能力和靈敏度,準確度。
由于對一,二側(cè)的絕緣不如傳統(tǒng)的電磁式互感器高,因此采樣電流的鐵心線圈可以采用準確度較高的電流互感器;
或者采用帶氣隙的鐵心線圈,較好的暫態(tài)性能.二次側(cè)所帶的負載一般是電子線路,負載恒定;
因此不要求二次線圈提供較大的功率,這樣也有利于測量精度的提高。
(3)設備安裝和檢修方便。
只需要更換線圈的規(guī)格來適應不同的電壓等級,而其他部件不需要更換,具有良好的升級性。
(4)運行安全,不會產(chǎn)生二次開路的高壓和采用油浸式所引起的爆炸等現(xiàn)象。
(5)有利于變電站綜合自動化水平的提高。
由于傳遞到低壓側(cè)的信號都有數(shù)字接口,由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,可以得到系統(tǒng)的運行情況。
直接可以供測量和保護使用。此外采用數(shù)字化接口,還可以實行遠距離遙控。
(6)基于光纖互感器技術(shù)的MOCT和HOCT的測量動態(tài)范圍寬,靈敏度高。
人體具有壓覺,人體皮膚深層結(jié)構(gòu)內(nèi)存在大量壓力感受器。當機械刺激導致皮膚變形時,會引起感受器及神經(jīng)末梢變形,壓力感受器進入興奮狀態(tài),引起神經(jīng)末梢發(fā)出神經(jīng)沖動,傳入大腦皮層感覺區(qū)產(chǎn)生壓覺。
機器的壓覺來自各種壓力傳感器(Pressure Transducer)。壓力傳感器是能感受壓力信號,并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的電信號的器件或裝置,通常由基于不同物理效應的壓力敏感元件和信號處理單元組成。下面介紹幾種常見的壓力傳感器。
1. 基于金屬電阻應變效應的壓力傳感器,我們知道,金屬導體的電阻值R與電阻率ρ和導體長度L成正比,與截面積S成反比。當金屬導體受力而產(chǎn)生拉伸或壓縮等機械變形時,L和S都會發(fā)生改變,從而引起電阻值發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應變效應。從圖中可以看出,當金屬導體受到拉力F作用時產(chǎn)生了拉伸變形,長度由L變?yōu)長+ΔL,面積由S縮小到S’,從而導致該導體電阻值增大。
利用金屬的電阻應變效應可以制作壓力傳感器的感壓元件——金屬電阻應變片,常用的有金屬絲式和金屬箔式兩種類型。下面的圖給出一種金屬絲電阻應變片的基本結(jié)構(gòu),由電阻絲式敏感柵、基底、覆蓋層和引線四部分構(gòu)成。電阻應變式壓力傳感器的工作電流大,輸出信號也大,靈敏度就高。但工作電流過大會使應變片過熱,甚至燒毀應變片。金屬箔敏感珊與基底的接觸面積比金屬絲大,因此散熱條件好,工作電流可取得更大一些。
2. 基于壓阻效應的壓力傳感器,1954年美國材料學家C.S 史密斯在對硅和鍺的電阻率與應力變化特性測試時發(fā)現(xiàn),當受到外力作用時電阻率會發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。利用半導體的壓阻效應制作的壓力傳感器的感壓元件稱為半導體電阻應變片,其靈敏系數(shù)比金屬電阻應變片大幾十倍,且機械滯后小,但溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應變片差得多。
在我們的日常生活中,隨處可以發(fā)現(xiàn)壓阻材料的應用。例如,一種稱為壓敏導電橡膠的壓阻材料,在不受力時如同絕緣體,但施壓時其電阻隨著壓力的增加而變小。利于這個特點,可以制作各種壓控開關(guān)。無壓力時壓敏導電橡膠是絕緣體,如同開關(guān)斷開;當壓力達到某閾值時,其電阻大大降低,壓敏導電橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)閷w,如同開關(guān)接通。
金屬的電阻應變效應與半導體的壓阻效應都表現(xiàn)為感壓元件的電阻隨外力的變化而改變,兩者的區(qū)別是:前者的電阻變化是截面和長度等結(jié)構(gòu)尺寸變化所致,而后者的電阻變化是電阻率變化所致。
3. 基于壓電效應的壓力傳感器,1880年,兩位年輕的法國科學家兄弟皮埃爾·居里(Pierre Curie)和他的哥哥雅克·居里(Jacques Curie)發(fā)現(xiàn)晶體具有一個特殊性質(zhì):當沿一定方向?qū)M足一定對稱性的晶體材料施加外力時,晶體材料會發(fā)生形狀改變,同時其兩個相對的表面上會出現(xiàn)正負相反的電荷,電荷量與受力大小成正比;當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨著改變;當外力撤掉后,它又會恢復不帶電狀態(tài)。這個性質(zhì)稱為晶體的壓電效應。
晶體是否具有壓電效應,是由晶體結(jié)構(gòu)的對稱性所決定的。以石英晶體為例,從下圖以看出,當沒有外力作用時,石英晶體的結(jié)構(gòu)對稱性使其內(nèi)部正負電荷的作用相互抵消,對外呈不帶電狀態(tài)。當在外力的作用下發(fā)生形狀改變時,其結(jié)構(gòu)對稱性發(fā)生改變,內(nèi)部正負電荷的作用不再相互抵消,出現(xiàn)了電極化,對外呈現(xiàn)帶電狀態(tài)。
利用壓電效應可以制作壓電傳感器。常用的壓電材料有壓電陶瓷、壓電晶體、壓電復合材料等,其應用遍及我們?nèi)粘I詈透咝录夹g(shù)領域的方方面面。例如,打火機、煤氣灶、熱水器、汽車等的點火要用到壓電點火器,雷達、通信和導航設備中需要大量壓電陶瓷濾波器,醫(yī)學領域利用壓電材料進行免疫檢測、制作人工耳蝸等。
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