由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
1、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上。电阻应变片的一个重要参数是灵敏系数K。当其两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。伸长时,其横截面积则缩小,截面圆半径则减少。电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间成比例的关系。
需要说明的是:灵敏度系数K是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,与应变片的形状、尺寸大小无关。不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间。其次K值是一个无因次量,没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,很不方便,常常把它的百万分之一作为单位,记作με。
2、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。其功能有两个,首先承受称重传感器所受的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡;其次,提供一个高品质的应变场(区),使粘贴在此区的电阻应变片比较理想地完成电信号的转换任务。
3、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的阻值变化转变成为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题等,所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
称重传感器均采用全桥式等臂电桥,主要是因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵消。
一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成,刻痕为不透光部分,两刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一狭缝。
精制的光栅,在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅,还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅;
如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕,两刻痕间的光滑金属面可以反射光,这种光栅成为反射光栅。
由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应,因而能提高测量精度。
光栅由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。
标尺光栅相对于指示光栅移动时,便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。
这些条纹以光栅的相对运动速度移动,并直接照射到光电元件上;
在它们的输出端得到一串电脉冲,通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出,直接显示被测的位移量。
光栅传感器的结构及工作原理
光栅传感器的结构均由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件这几个主要部分构成。
1、光源:
钨丝灯泡,它有较小的功率,与光电元件组合使用时,转换效率低,使用寿命短。
半导体发光器件,如砷化镓发光,可以在范围内工作,所发光的峰值波长为,与硅光敏的峰值波长接近;
因此,有很高的转换效率,也有较快的响应速度。
2、光栅付:
由栅距相等的主光栅和指示光栅组成。
主光栅和指示光栅相互重叠,但又不完全重合。
两者栅线间会错开一个很小的夹角,以便于得到莫尔条纹。
一般主光栅是活动的,它可以单独地移动,也可以随被测物体而移动;
其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件而固定。
3、通光孔:
通光孔是发光体与受光体的通路,一般为条形状,其长度由受光体的排列长度决定,宽度由受光体的大小决定。
它是帖在指示光栅板上的。
4、受光元件:
受光元件是用来感知主光栅在移动时产生莫尔条纹的移动,从而测量位移量。
在选择光敏元件时,要考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性、体积等因素。
将主光栅与标尺光栅重叠放置,两者之间保持很小的间隙,并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ,如图所示。
当有光源照射时,由于挡光效应(对刻线密度≤50条/mm的光栅)或光的衍射作用(对刻线密度≥100条/mm的光栅),与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。
在两光栅的刻线重合处,光从缝隙透过,形成亮带;
在两光栅刻线的错开的地方,形成暗带;这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。
在捕获图像之后,视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较,以做出分析。例如,若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件,则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件,或者螺栓未对准的部件。此外,无论该机器部件位于视场中的哪个位置,无论该部件是否在360度范围内旋转,视觉传感器都能做出判断。
视觉传感器的应用:
视觉传感器为应用的切换提供了无与伦比的灵活性。例如,生产工序的切换(从单份装酸奶切换成冰淇淋桶)可能仅需数秒钟,并且可遥控完成。附加的检验条件可轻松地添加到此应用中。视觉传感器的工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡等。
在汽车组装厂,检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续,是否有正确的宽度。
在瓶装厂,校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确,以及在封盖之前没有异物掉入 瓶中在包装生产线,确保在正确的位置粘贴正确的包装标签 。
在药品包装生产线,检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片。
在金属冲压公司,以每分钟逾150 片的速度检验冲压部件,比人工检验快13 倍以上。