課程大作業說明書課程名稱：機械工程測試技術基礎設計題目：傳感器的綜合運用院 系：班 級：設計者：學 號：指導教師：設計時間：1題目 .錯誤！未定義書簽。2設計步驟 .錯誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z2.1選擇傳感器系列 12.2精度分析 1\o"CurrentDocument"3平行度要求 2\o"CurrentDocument"4電渦流傳感器工作原理 2\o"CurrentDocument"5測試方法 25.1測量圓周 25.2擬合圓心 25.3計算直線 35.4計算誤差并計算是否滿足設計要求 4\o"CurrentDocument"6總結 .4\o"CurrentDocument"7參考文獻 .41題目:如圖所示的工件工件厚度60mm，現在需要測量圖示所標注的平行度，選用適合的傳感器，設計相應的測量方案。排虹6汴3.的2設計步驟:1） 選擇傳感器系列選擇合適的傳感器不僅需要滿足測量精度要求，而且要便于測量，還要考慮測量成本。根據設計要求，由于工件最小的內徑可能僅有25.5mm，故測量探頭尺寸不能過大。另外為了能更快獲取足夠多測量點的數據，最好采用非接觸測量方法，提高測量效率。目前，常用的位移傳感器主要有電感式、電容式、激光式、射線式、渦流式等。其中，激光位移傳感器測距范圍大、與被測材料無關、響應速度快，但是價格昂貴，且易受灰塵等環境因素干擾，并且其分辨率受到衍射效應的影響。光電式位移傳感器利用激光三角反射法進行測量，對被測物體材質沒有任何要求，主要影響為環境光強和被測面是否平整。電容位移傳感器適用于各種導電材料測量，具有高分辨率，但是要求使用場合干凈，對油污、塵埃、水等靜電荷的干擾敏感，在實際應用中很少。超聲波傳感器精度要求達到1mm時，就必須把超聲波傳播的環境溫度考慮進去，通常應用在倒車雷達，雷達液位計等對精度要求不高的場合。電感位移傳感器靈敏度高、結構可靠、溫度和濕度影響小、分辨率高、但頻響較低，不宜用于快速動態測量。電渦流位移傳感器測量精度高、響應速度快、抗干擾能力強、安裝維護方便、抗干擾能力強，適用于金屬材料的測量，對油污、塵埃、濕度、干擾磁場不敏感，且價格相對低廉。因此擬作為主要測量元件。2） 精度分析工件公差帶為70|im，測量精度應小于14|im。選擇電渦流位移傳感器的測量精度為4|im，符合要求。3平行度要求:題目所示工件，以底面A為基準平面，孔的軸線理論上應限定在平行于該基準平面，間距等于70“m的兩平行平面之間，即認為是滿足設計精度要求的。4電渦流傳感器工作原理：如圖所示，當高頻電壓施加到一個靠近金屬導體附近的電感線圈L1時，將產生高頻磁場H1。如被測導體置于該交變磁場范圍之內時，被測導體就產生電渦流12。I2在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，也就是所謂為的趨膚效應。電渦流I2引起載流線圈阻抗Z的變化。也就是說，金屬導體的電導率J、磁導率|J、幾何形狀、線圈的集合參數、激勵電流的強度和頻率及線圈與金屬導體間的距離有關。線圈的阻抗Z可用如下函數來表示：Z=F（p、。、r、d、x、I、f、N）5測試方法:1） 測量圓周垂直于孔理論軸線取一測量截面，電渦流傳感器測量頭繞理論軸線旋轉一周，并使測量頭與被測截面間距保持在其線性范圍內。根據初始的傳感器距離標定值和測量信號的變化量得出每一測量點與理論軸線之間的距離。根據傳感器的旋轉位置，得到該測量點與初始位置間的夾角。將距離值和角度值描繪于極坐標中，并將相鄰點連接，即認為是該被測截面的實際形狀。2） 擬合圓心坐標變換將各點在極坐標系位置變換成直角坐標系下的坐標值：x=r*cos0,y=r*sin0估算圓心取邊界極值(xmax，ymax)和(xmin，ymin)估算圓心位置xC':xC'=(xmax+xmin)/2，yC'=(ymax+ymin)/2順序選取不共線的三點：A(xA，yA)，B(xB，yB)，C(xC，yC)，確定外接圓，設圓心(x0，y0)，有：(xA—x0)”2+(yA—y0)”2=(xB—x0)”2+(yB—y0)”2(xA—x0)”2+(yA—y0)”2=(xC—x0)”2+(yC—y0)”2解得：x0=[(xB"2—xA"2+yB"2—yA"2)(yA—yB)/2—(xA"2—xC"2+yA"2—yC"2)(yA-yC)/2]/[(xA—xB)(yA—yC)—(xA—xC)(yA—yB)]y0=[(xA"2—xC"2+yA"2—yC"2)(yA—yB)/2—(xA"2—xB"2+yA"2—yB"2)(yA—yB)/2]/[(xA—xB)(yA—yC)—(xA—xC)(yA—yB)]擬合圓心將邊界點數據代入公式：(x—x0)”2+(y—y0)”2=R"2設：al=Zxi，bl=Zyi，a2=Zxi"2,b2=Zy「2，a3=Zx「3，b3=Zy「3cll=Zxi*yi，c12=Zxi*y「2，c21=Zx「2*yi設￡(x0，y0，R)=Z[(xi—x0)”2+(yi—y0)”2—R"2]”2。求導得：TOC\o"1-5"\h\z—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]( xi —x0) = 0—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]( yi —y0) = 0—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]R= 0整理得：a1(x0”2+y0”2) —2a2*x0 — 2c11*y0+a3+c12 — R”2*a1 = 0b1(x0”2+y0”2) —2c11*x0—2b2*y0+c21+b3 — R”2*b1 = 0n(x0”2+y0”2)—2a1*x0—2b1*y0+c2+b2—n*R”2=0解得圓心(x0，y0)及半徑R：x0={(2a1b1/n—2c11)[b3+c21—b1(a2+b2)/n]—(2b1”2/n—2b2”2)[a3+c12—a1(a2+b2)/n]}/{(2a1”2/n—2a2)(2b1”2/n—2b2)—(2a1b1/n—2c11)”2}y0={(2a1b1/n—2c11)(a3+c12—a1(a2+b2)/n)—(2a1”2/n—2a2”2)[b3+c21-b1(a2+b2)/n]}/{(2a1”2/n—2a2)(2b1”2/n—2b2)—(2a1b1/n—2c11)”2}R=sqrt{[Z(xi—x0)”2+Z(yi—y0)”2]/n}將計算得到的新圓心坐標代回第二步中計算的圓心位置，進行下一次迭代處理，最后得到計算結果。計算直線根據上一步求得的圓心坐標，以及測量時傳感器所測截面相對基準平面的位置，得出該圓心的空間坐標。設孔內所測兩圓心。1(xQ1，yQ1，zQ1)，Q2(xQ2，yQ2，zQ2)。將Q1,。2代入直線方程：A1x+B1y+C1z+D1=0解出A1,B1,C1。4）計算誤差并計算是否滿足設計要求設基準平面底面A的方程為Z=0又由于工件厚度為60mm，則所求的孔的圓心所在的直線在60mm的長度內，在Z方向上的間距應小于70“m,即可滿足精度要求。6總結：采用電渦流傳感