用光栅和拉线式位移传感器实现试验机
光栅尺位移传感器
光栅尺位移传感器引言光栅尺位移传感器是一种用于测量物体位移或位置的传感器。
它通过测量光栅尺上的光信号变化，来确定物体的位移。
光栅尺位移传感器具有高精度、高分辨率的特点，广泛应用于机床、机械设备、电子设备等领域。
本文将介绍光栅尺位移传感器的原理、结构、工作原理以及应用领域，并对其主要优点和局限性进行讨论。
原理光栅尺位移传感器基于光电效应，利用光栅尺上的光栅来实现位移的测量。
光栅是由若干条黑白相间的线条构成的，当光线透过光栅时，根据光的衍射原理，会出现光的干涉现象。
这种干涉现象会导致光信号的变化，通过测量这种变化，可以确定物体的位移。
结构光栅尺位移传感器主要由光栅尺、光源、光敏元件和信号处理电路组成。
•光栅尺：光栅尺是光栅尺位移传感器的核心部件，它由若干条黑白相间的线条组成。
光栅尺的精度和分辨率决定了传感器的性能。
•光源：光源用于提供光线，通常使用激光二极管或LED作为光源。
•光敏元件：光敏元件用于接收光栅上的光信号，并将其转换为电信号。
常用的光敏元件有光电二极管、光电三极管等。
•信号处理电路：信号处理电路用于接收和处理光敏元件输出的电信号，从而得到物体的位移信息。
工作原理光栅尺位移传感器的工作过程如下：1.光源照射：光源照射在光栅尺上，形成光线。
2.光线透过光栅：光线透过光栅，经过光栅的衍射和干涉，形成一系列光斑。
3.光斑接收：光敏元件接收光栅上的光斑，将光信号转换为电信号。
4.信号处理：信号处理电路接收和处理光敏元件输出的电信号，将其转换为位移信息。
通过对光敏元件输出电信号的测量和处理，可以获得物体的位移信息。
应用领域光栅尺位移传感器在许多领域中广泛应用，包括但不限于以下几个方面：•机床：光栅尺位移传感器用于测量机床的移动轨迹，实现机床的精确控制和定位。
•机械设备：光栅尺位移传感器用于测量机械设备的运动轨迹，如工业机器人、印刷机等。
•电子设备：光栅尺位移传感器用于测量电子设备的位移，如光学阅读器、光学存储器等。
试验机位移检定方法
试验机位移检定方法试验机位移检定方法一、背景介绍在工程领域中，试验机是一种重要的设备，用于测量物体的力学性能。
而位移检定是评估试验机性能的关键步骤之一。
本文将详细说明几种常用的试验机位移检定方法。
二、方法一：光栅尺检定法1.原理：光栅尺是一种高精度的位移传感器，通过测量光栅间的位移来获取被测物体的位移值。
该方法通过在试验机上安装光栅尺，并与计算机连接，利用计算机软件读取光栅尺的数值，从而实现试验机位移检定。
2.步骤：–安装光栅尺在试验机上的移动部件，如拉杆或拉压板。
–连接光栅尺与计算机，并安装相应的驱动程序和数据采集软件。
–在试验机上施加一系列位移，并记录光栅尺所测得的数值。
–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
三、方法二：位移传感器检定法1.原理：位移传感器是一种常用的位移测量设备，如电阻应变片、压电传感器等。
通过测量传感器的电阻、电压或电流等信号来获得被测物体的位移值。
2.步骤：–安装位移传感器在试验机上的移动部件，与计算机连接。
–根据传感器类型，设置相应的测量电路和参数。
–施加一系列位移，并记录传感器所测得的信号数值。
–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
四、方法三：比较试验法1.原理：该方法是通过将试验机与参考设备（如标准试验机）进行比较，评估试验机的位移准确度。
常用的参考设备包括机械比较器、光学测量设备等。
2.步骤：–将被测试验机与参考设备放置在相同的环境条件下。
–同时施加相同的位移，并记录两个设备的位移值。
–将两个设备测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
五、方法四：数学模型法1.原理：该方法基于试验机的力学特性建立数学模型，通过模拟计算得到位移值，并与实际测得的位移值进行比较。
2.步骤：–根据试验机的力学特性建立数学模型，并进行参数辨识。
–施加一系列位移，并根据模型计算得到理论位移值。
–将模型计算的位移值与实际测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
结构静载试验静载试验仪器设备
结构静载试验静载试验仪器设备结构静载试验是指对建筑、桥梁、塔架等工程结构在静态加载作用下的受力情况进行实验研究的一种试验方法。
通过该试验可以评估结构的受力性能、评价结构的安全性，并为结构设计和施工提供科学依据。
本文将介绍进行结构静载试验所需的仪器设备。
1.压力机：压力机是结构静载试验的核心设备，它用于施加静态载荷到试件上。
根据试验对象的不同，压力机可以分为单柱压力机、双柱压力机和四柱压力机等。
压力机的最大加载能力应根据试验需求确定。
2.摆杆：摆杆一般由两个主要部分组成，即支座和横梁。
支座安装在试验台上，横梁通过支座与压力机连接。
摆杆的作用是将压力机的加载力传递给试件，同时保证加载过程中的稳定性。
3.力传感器：力传感器用于测量试件所受到的静态载荷。
常用的力传感器有应变片式力传感器、液压传感器和电阻应变式力传感器等。
力传感器的量程应根据试验所需的力范围确定，并具备高精度和高稳定性。
4.位移传感器：位移传感器用于测量试件在加载过程中的变形情况，常用的位移传感器有测微计、拉线式位移传感器和激光位移传感器等。
位移传感器的精度应满足试验的需求，并能实现实时数据采集与处理。
5.数据采集系统：数据采集系统用于采集、存储和处理试验过程中的各种信号。
常见的数据采集系统包括模拟信号采集卡和数字信号采集卡，采集系统应具备高采样率和大容量的数据存储能力，并能够实现数据的实时显示与分析。
6.控制系统：控制系统用于控制压力机的加载过程，使试件施加静态载荷。
常见的控制系统有液压控制系统、气动控制系统和电控控制系统等。
控制系统应具备快速、准确地调节压力机加载力的能力，并实现试件加载力的稳定。
7.试件制备设备：根据具体试验要求，可能需要制备试件的设备。
例如，对于混凝土结构的试验，可能需要搅拌设备、模具和振动器等。
8.试验台：试验台用于支撑试件和仪器设备，并提供一个稳定的工作平台。
试验台应具备足够的强度和刚度，以承受试件和仪器设备的重量和作用力。
光纤光栅位移传感实验装置的设计与实现
和 使 用 方 法 ， 高 光 纤 传 感 实 用技 能 具 有 实 际 的意 义 。 提
关 键 词 ：位 移 测 量 ；光 纤 光 栅 ；波 长解 调 中图 分 类 号 ： ＴＨ７ １ ４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ９ ６ ２ １ ） ７ ０ ８ ０ ０ ２４ ５ （０ １０ — ０ ２ ３
光 纤 位移 传感 器是 近 年发 展起 来 的新 型位移 传感 器 ， 有普 通 的机 械 和 电子 位 移 传 感 器 所 不 具 备 的抗 具 电磁干 扰 、 电绝 缘 、 耐久 性好 、 积小 等优 点 ， 体 因而 在位 移 测量 应 用 中受到 高度 重视 。早 期 的光 纤位 移传 感 器
实 现 了一 种 波 长 编 码 、 自校 准 和 不 受 光 强 影 响 的 新 型 光 纤 光 栅 位 移 传 感 实 验 装 置 。该 实 验 装 置 简 化 了 传 统
强 度 编 码 光纤 传感 器 的 安 装 过 程 ， 有 抗 环 境 振 动 和 温度 补 偿 功 能 ， 快 速 掌 握 新 型 光 纤 光 栅 位 移 传 感 原 理 具 对
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拉杆式线位移传感器校准系统
拉杆式线位移传感器校准系统【摘要】针对现有的拉杆式线位移传感器校准速度慢、周期长、工作量大、精度低等弊端，研制出一种基于光电检测技术的线位移传感器自动校准系统。
该系统采用伺服电机驱动精密直线运动机构，由光栅传感器实时检测运动滑座的位移，作为线位移传感器的标准位移输入。
同时，校准系统检测线位移传感器的电压输出，根据这两者间的输入输出关系确定拉杆式线位移传感器的灵敏度、线性度、重复度等特性参数。
整个校准过程由计算机控制，从而实现了对拉杆式线位移传感器的自动校准。
分析结果表明，该校准系统能够解决工业现场拉杆式线位移传感器校准问题，实现了校准过程的自动化、快速化与高精度。
【关键词】拉杆式线位移传感器;校准系统;光栅传感器;不确定度分析1.引言拉杆式线位移传感器是通过拉杆感受长度尺寸变化并转换成可用输出信号的器件，它是线位移传感器中最常见的一种，可用于测量位移、距离、位置和应变量等长度尺寸。
拉杆式线位移传感器在机械制造业和工业自动检测领域中占有重要地位，广泛应用于电力、水利、建筑、航空航天、公路铁路交通等多个行业的测试任务。
为保证传感器使用的可靠性和测量精度，根据国标规定需要对灵敏度、基本误差、线性度、回程误差和重复性等主要计量特性做定期校准[1，2]。
目前，国内外常用的线位移传感器校准方法是通过万工显[3]、测长机[4]、激光干涉仪[5，6]等仪器设备提供标准位移，由线位移传感器对该标准位移量进行检测，得到线位移传感器的输入-输出关系，进而实现传感器的校准。
激光干涉仪虽具有较高的测量精度，但校准机构复杂、成本高，且对测量环境的要求高，主要用于精度要求特别高的线位移传感器校准。
采用万工显、测长机等设备进行校准，校准过程以手工操作为主，校准精度和效率都不高。
并且，现有研究成果主要侧重于理论和实验方法的研究，未能形成标准化的设备，而市场上目前也没有合适的专用校准系统。
为此，本文提出一种基于光栅传感器的拉杆式线位移传感器自动快速校准方法，并研制出校准系统，实现了拉杆式线位移传感器的高精度自动校准。
基于布拉格光栅的边坡监测实验研究
．， 誓
牯聚力／ｋＰａ 内摩擦角／（。）
泊松＊
罔１边坡模型
翻２边坡有限元模型
根据强度折减系数原理对边坡的土体材料强 度系数进行折减，从折减系数Ｆ一１ ０开始，每折减 一次将Ｆ增加０．１直到不收敛为止。图３到图８为 在折减过程中取的几个典型状态，其中图３、图４为 Ｆ－１．０时的初始状态，图５、图６为Ｆ一１．４时的状 态，此时边坡模型已经有握性应变，在坡角处开始出 现塑性区，图７、图８为临界状态，此时Ｆ＝２．４。 由图７和图８可知，当Ｆ＝２．４时，计算发散说
２拉线式光纤光栅位移传感器的设计
光纤Ｂｒａｇｇ光栅的特性：
△ｈ—ｈ｛１
等［Ｐｔｚ
ｖ（ｎ－一Ｐ。。］｝△￡＋
（３）
２０９
＾”（口＋｝）ＡＴ
万方数据
光学技术
第３７卷
—！二＝———１一
Ｌ一—一
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图４
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图６
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基于布拉格光栅的边坡监Ⅻ实验研究
Ｔｍｌ
图１０两光栅中心波长筹△、对温度、位移的响应曲线
（ｋ＾Ｂ１）一出，此时位移Ｓ一△Ｌ１；如果
ｓ＞ｌＯＯｍｍ，则＾旷＾Ｂｌ＞２ ５ｎｍ，且（＾一＾ｍ）
２
抵消，与温度补偿原理相符合。实验表明．此拉线式 光纤光栅位移传感器基本上只受位移的影响，不再 受温度影响，实现了温度补偿的目的。 根据前面的ＡＮＳＹＳ软件分析结果，在边坡的 滑动面上部滑体处取１５个点Ｐｔ，Ｐｚ，…，Ｐ，ｓ作为实 验的关键点。其中Ｒ～Ｐ。点在边坡的顶部，相邻 点间的间隔为３ｍ，且分布在同一水平线上；按照同
微机控制电液伺服万能试验机工作原理
微机控制电液伺服万能试验机工作原理1. 引言电液伺服万能试验机是一种常用的测试仪器，用于测量和评估材料的力学性能。
它可以进行拉伸、压缩、弯曲等多种力学测试，并能够实时获取测试数据并进行分析。
微机控制电液伺服万能试验机是在传统电液伺服万能试验机的基础上，引入了微机控制系统，实现了自动化控制、数据采集和分析处理等功能。
本文将详细解释微机控制电液伺服万能试验机的工作原理，包括其基本原理、组成部分和工作流程等内容。
2. 基本原理2.1 传感器原理微机控制电液伺服万能试验机中的传感器起到了关键作用，它们用于测量和检测试验过程中产生的各种物理量。
常见的传感器有负荷传感器、位移传感器、应变传感器等。
•负荷传感器：负责测量试件所受到的力。
它通常采用应变片或压阻式传感器来转换力信号为电信号。
•位移传感器：负责测量试件的位移。
常见的位移传感器有拉线式、电容式、激光干涉式等。
•应变传感器：负责测量试件的应变。
它通常采用电阻应变片或光纤光栅等技术。
2.2 控制系统原理微机控制电液伺服万能试验机的控制系统由硬件和软件两部分组成。
•硬件部分包括主控制器、执行机构和传感器。
主控制器负责接收来自传感器的信号，并根据预设的控制算法生成相应的控制信号。
执行机构通过调节液压系统的工作状态，实现对试件施加力和位移的控制。
•软件部分是微机控制系统的核心，它运行在主控制器上，负责数据采集、处理和分析。
软件可以通过人机界面与用户进行交互，实现对测试过程和结果的监视和管理。
2.3 液压系统原理液压系统是微机控制电液伺服万能试验机中最重要的组成部分之一，它负责为执行机构提供动力，并实现对试件施加力和位移的控制。
液压系统由液压泵、液压缸、阀门和传动介质等组成。
其工作原理如下：1.液压泵通过旋转运动将机械能转化为液压能，将液体从油箱中吸入并加压后送入液压缸。
2.液压缸是执行机构的核心部件，它根据控制信号的调节，通过改变液体的流量和压力来实现对试件的力和位移控制。
位移测量实验技术使用方法分享
位移测量实验技术使用方法分享位移测量是工程领域中非常重要的实验技术之一。
在工业制造、土木结构、机械设计以及自动化控制等领域都有广泛应用。
本文将分享位移测量实验技术的使用方法，帮助读者更好地了解和应用这一技术。
一、引言位移测量是指通过使用传感器等装置来准确测量物体或物体上某点的位置变化的过程。
实验中常用的位移测量装置包括光学传感器、压电传感器、拉线式传感器等。
不同的装置有不同的适用范围和精度要求，因此在实验中需要根据具体需求选择合适的技术。
二、光学传感器光学传感器是位移测量中常用的一种技术。
它利用光电效应，通过检测光信号的变化来测量位移。
光学传感器具有灵敏度高、响应速度快、非接触等优点，因此在许多工程领域得到广泛应用。
在使用光学传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的光路通畅，避免受到外界光源的干扰。
其次，要选择合适的测量距离和工作环境，确保传感器能够准确测量位移。
最后，要根据实际情况选择合适的光学传感器类型，如激光位移传感器、线性编码器等。
三、压电传感器压电传感器是一种利用压电效应进行位移测量的技术。
它通过压电材料的变形来实现位移的测量。
压电传感器具有高精度、稳定性好等优点，被广泛应用于精密机械领域。
在使用压电传感器进行位移测量时，需注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的刚性连接，避免引入误差。
其次，要防止传感器受到外界力的干扰，以免影响测量精度。
最后，要根据需要选择合适的压电材料和传感器型号，确保测量结果的准确性。
四、拉线式传感器拉线式传感器是一种通过测量拉线长度来实现位移测量的技术。
它利用拉线的伸缩变化来反映被测物体的位移变化。
拉线式传感器具有简单、易懂等优点，广泛应用于物体位移的测量。
在使用拉线式传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保证拉线的张紧度合适，避免产生过大的误差。
其次，要在测量过程中保持拉线的稳定性，避免拉线破裂或脱离装置。
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用光栅和拉线式位移传感器实现试验机
横梁位移和速度误差的检定新方法
黄炯力
（西安计量技术研究院，西安，710068）
摘要：提出了一种新的应用光栅位移传感器和拉线式位移传感器检定试验机横梁位移和速度误差的新方法，设计并研制了横梁位移和速度检定装置，克服了传统检定方法准确度低、效率低下，无法去除系统误差和人为因素引入较大误差的问题，为万能试验机的横梁位移和速度检定提供了一种新的选择。
关键词：光栅、拉线、传感器、横梁位移、横梁速度、计量检定
引言
材料万能试验机是用于各种金属、非金属及复合材料进行力学性能指标测试的计量器具，通过微机控制系统对试验力、位移和形变进行精密测量。
在试验机的计量检定中，除了对试验力等参数的检定，JJG475-2008《电子式万能试验机》国家检定规程第7.2条规定了试验机的首次检定中需要检定横梁位移和横梁移动速度的示值相对误差，JJG139-2014《拉力、压力和万能试验机》国家检定规程第6.2条中也规定了必须对试验机的横梁位移示值相对误差进行首次检定。
由此可见，试验机横梁位移和横梁移动速度的示值误差是否合格，对于试验机的整机计量性能评价是非常重要的。
一、目前检定方法的缺陷
按照试验机国家检定规程中的规定，传统的试验机横梁位移和横
梁移动速度的检定主要是通过千分（百分）尺、钢直尺、高度尺等简易计量器具对横梁位移进行测量，通过秒表测量横梁移动时间进而间接测量出横梁的移动速度。
这种传统的测量方法存在以下几点缺陷。
第一、人为引入的误差较大且无法消除，用人掐秒表的方式来测量时间，则人的反应时间必定引入横梁移动时间的误差进而造成横梁移动速度的测量误差。
第二、在测量横梁移动速度的过程中，尤其是在横梁刚启动和最终停止前的这段时间内，由于克服横梁惯性的作用造成了这段时间的横梁移动速度并不是设定值，而是一个瞬时变量，且这个启动和停止的时间段是未知的。
这就带来了一个速度测量的系统误差，影响到测量结果的准确判定。
第三、传统测量方法操作程序复杂，费时费力，检定效率低，特别是在低速和短量程的测量时，不仅费时，而且难以保证较高的准确度。
除此以外，对于早先提出的一些改进型（例如采用拉线式位移传感器）的测量方法，虽然克服了上述人为掐表和检定方法落后的缺陷，但仍然无法完全消除由于横梁惯性引入的系统误差问题。
二、采用光栅位移传感器和拉线式位移传感器测量横梁位移和速度
在积累了大量的万能试验机检定经验的基础上，经过对比和探索，我们采用了光栅位移传感器和拉线式位移传感器组合使用的方法实现对万能试验机横梁位移和移动速度的实时精确测量，研制了国内首台多传感器万能试验机速度位移检定仪。
检定仪由高精度拉线式位移传感器、光栅位移传感器、磁力安装
座、测量显示仪表组成。
光栅位移传感器测量范围（0～50）mm，拉线位移传感器测量范围（0～1000）mm，小量程采用光栅位移传感器，大量程采用拉线位移传感器。
这就克服了拉线式位移传感器在测量小量程位移时反应时间慢，准确度不高的缺陷。
检定仪在测量过程中实时显示位移和速度的测量结果。
同时可设置测量时间，人为控制测量的起始点和停止点，这样的设计可以有效的避开由于克服横梁惯性造成的移动速度的非均匀时间段，待横梁移动速度稳定后再开始自动测量平均速率，从而完全消除了这一系统误差对速度测量的影响。
其基本的工作原理如图1所示，将光栅（拉线式）位移传感器通过磁性表座固定在试验机的底座上，对于光栅传感器应保证测头垂直于移动横梁的被侧面；对于拉线式传感器将钢丝拉线的伸长端头部用环形磁铁固定在移动横梁下端面，应根据被测点的运动轨迹，使拉线头拉出的拉绳尽量与传感器出口端面保持垂直。
当试验机横梁以设定速度在设定的范围内移动时，位移传感器将信号传输给显示仪表，显示仪表显示出横梁位移和横梁移动速度的实时值。
图1、位移速度检定示意图
三、新方法的试验验证
为了试验测试位移速度检定仪的性能，同时验证该检定仪是否满足万能试验机相关检定规程的要求，我们选择了一台性能稳定，测量准确度较高的英斯特朗电子万能试验机，型号为3366。
该试验机试验空间为1000mm；位移控制速率范围为（0.001～250）mm/min；位移控制速率准确度，当速率＜0.5mm/min时，为设定值的±1%以内，当速率≥0.5mm/min时，为设定值的±0.2%以内。
横梁位移和移动速度测量结果分别见表1和表2。
表1 横梁位移测量结果
表2 横梁移动速度测量结果
结语
由以上的测量数据可以看出，速度位移检定仪能够完全符合检定规程的要求，并且克服了前述传统测量方式的诸多缺点，能够很好的
完成试验机横梁位移和速度的检定，并且使用安装便捷，读数准确可靠，大大提高了检定的效率，能够更好的服务于各级计量检定机构。