1、第6章 位移傳感器6.2 光柵位移傳感器傳感器6.1 機(jī)械位移傳感器6.3 光電編碼器6.4 磁柵傳感器6.5 感應(yīng)同步器6.6 接近傳感器6.7 轉(zhuǎn)速傳感器6.8 多普勒效應(yīng)測(cè)速6.9 液位及物位傳感器 6.10 流量及流速傳感器 6.1 機(jī)械位移傳感器 機(jī)械位移傳感器是用來(lái)測(cè)量位移、距離、位置、尺寸、角度和角位移等幾何學(xué)量的一種傳感器。 26.1.1 電位器式位移傳感器1、電位器的基本概念 電位器是人們常用到的一種電子元件，它作為傳感器可以將機(jī)械位移或其他形式的能轉(zhuǎn)換為位移的非電量，轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。 電位器圖片6.1.1 電位器式位移傳

2、感器2、電位器的主要技術(shù)參數(shù) （1）最大阻值和最小阻值 （2）電阻值變化規(guī)律 （3）線性電位器的線性度 （4）滑動(dòng)噪聲 6.1.2 電容式位移傳感器 以電容器為敏感元件，將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器稱(chēng)為電容式位移傳感器。 其電容變化與位移變化成非線性關(guān)系，為了改善非線性關(guān)系，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器。 6.1.3 電感位移傳感器 電感式傳感器是利用線圈自感或互感量系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。 6.1.3 電感位移傳感器 電感式傳感器是利用線圈自感或互感量系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。 1.自感式位移傳感器 螺線管式電感傳感器特點(diǎn)：（1）測(cè)量范圍大 ； （2）靈敏度

3、低。 6.1.3 電感位移傳感器 2.差動(dòng)變壓器式位移傳感器當(dāng)鐵心處于中心對(duì)稱(chēng)位置時(shí)，則 ，所以 ； 當(dāng)鐵心向兩端位移時(shí)， 大于或小于 ，使 不等于零，其值與鐵心的位移成正比。 反向串聯(lián)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、線性度好和測(cè)量范圍寬。缺點(diǎn)是存在零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。可采用相敏檢波電路等措施進(jìn)行補(bǔ)償。 6.1.4 電渦流式位移傳感器 若改變這些參數(shù)中的任一物理量，都將引起的變化，這就是電渦流傳感器的工作原理。 6.2 光柵位移傳感器6.2.1 莫爾條紋亮帶暗帶（1）莫爾條紋移動(dòng)方向與兩光柵相對(duì)移動(dòng)方向垂直。（2）莫爾條紋有位移的放大作用。 10 6.2 光柵位移傳感器6.2.1 莫爾條紋116.2.2

4、 光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移，若用光電器件記錄莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的距離，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。 6.2.2 光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 光柵的辨向 如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論光柵作正向移動(dòng)還是反向移動(dòng)，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號(hào)，無(wú)法分辨位移的方向。 脈沖細(xì)分 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小。采用4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍，測(cè)量步距是原來(lái)的1/4，較大地提高了測(cè)量精度。細(xì)分前細(xì)分后6

5、.2.2 光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 14為光柵設(shè)計(jì)的專(zhuān)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器（光柵計(jì)數(shù)卡） 內(nèi)部包含以下電路：放大、整形、細(xì)分、辨向、報(bào)警、阻抗變換等。15光柵數(shù)顯表16尺身尺身安裝孔 反射式掃描頭 （與移動(dòng)部件固定）掃描頭安裝孔可移動(dòng)電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長(zhǎng)磁柵17掃描頭（與移動(dòng)部件固定）光柵尺可移動(dòng)電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）18 6.3 光電編碼器 編碼器是將直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)變換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的一種傳感器。 構(gòu)造類(lèi)型轉(zhuǎn)動(dòng)方式直線-線性編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)-轉(zhuǎn)軸編碼器光束形式透射式反射式信號(hào)性質(zhì)增量式辨別方向可辨向的增量式編碼器不可辨向的脈沖發(fā)生器零位信號(hào)有零位信號(hào)無(wú)零位信號(hào)絕對(duì)式編

6、碼器19信號(hào)航空插頭編碼器外形20其他角編碼器外形21其他角編碼器外形（續(xù)） 拉線式角編碼器利用線輪，能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。22其他角編碼器外形236.3.1 增量式編碼器比較兩個(gè)信號(hào)相位的超前或滯后關(guān)系來(lái)辯向兩個(gè)透光狹縫必須錯(cuò)開(kāi)90電角度6.3.2 絕對(duì)式光電編碼器透明區(qū)輸出為“0”不透明區(qū)輸出為“1”四條碼道分辨力角度動(dòng)畫(huà)演示 絕對(duì)式碼盤(pán)與增量式碼盤(pán)有何區(qū)別？10碼道光電絕對(duì)式碼盤(pán)透光區(qū)不透光區(qū)零位標(biāo)志266.3.2 絕對(duì)式光電編碼器D（十進(jìn)制）B（二進(jìn)制）R（格雷碼）D（十進(jìn)制）B（二進(jìn)制）R（格雷碼）0000000008100011001000100019100111012001

7、00011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000 采用格雷碼編碼的碼盤(pán)，對(duì)于編碼盤(pán)的制造工藝和光敏元件安裝降低了要求。6.3.2 絕對(duì)式光電編碼器技術(shù)指標(biāo)：1）分辨率 即每轉(zhuǎn)一周所能產(chǎn)生的脈沖數(shù) 2）輸出信號(hào)的電特性3）頻率特性 4）使用特性 包括器件的幾何尺寸和環(huán)境溫度。 6.3.2 光電編碼器的應(yīng)用1.位置測(cè)量 把輸出的脈沖UOS和UOC分別輸入到可逆計(jì)數(shù)器的正、反計(jì)數(shù)端進(jìn)行計(jì)數(shù)，可檢測(cè)到輸出脈沖的數(shù)量，把這個(gè)數(shù)量乘以脈

8、沖當(dāng)量(轉(zhuǎn)角脈沖)就可測(cè)出編碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 軸環(huán)式數(shù)顯表 6.3.2 光電編碼器的應(yīng)用2.轉(zhuǎn)速測(cè)量1）脈沖頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速2）脈沖周期法測(cè)轉(zhuǎn)速 6.4 磁柵傳感器6.4.1 磁柵傳感器的組成及類(lèi)型 常用的磁信號(hào)節(jié)距為0.05mm和0.20mm兩種 1磁柵的組成 316.4.1 磁柵傳感器的組成及類(lèi)型2. 磁柵的類(lèi)型 尺形帶形同軸形磁柵的外形及結(jié)構(gòu)磁尺靜態(tài)磁頭去信號(hào)處理電路固定孔336.4.2 磁柵傳感器的工作原理1. 基本工作原理相位差90通常兩個(gè)磁頭做成一體 磁頭與磁尺相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的輸出波形演示356.4.2 磁柵傳感器的工作原理2.信號(hào)處理方式 兩只磁頭勵(lì)磁線圈加上同一勵(lì)磁電流時(shí)，兩磁頭輸出繞

9、組的輸出信號(hào)為6.4.2 磁柵傳感器的工作原理2.信號(hào)處理方式 1）鑒相處理方式 就是利用輸出信號(hào)的相位大小來(lái)反映磁頭的位移量或磁尺的相對(duì)位置的信號(hào)處理方式。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的幅值恒定，其相位變化正比于位移量x。 6.4.2 磁柵傳感器的工作原理2.信號(hào)處理方式 2）鑒幅處理方式 就是利用輸出信號(hào)的幅值大小來(lái)反映磁頭的位移量或磁尺的相對(duì)位置的信號(hào)處理方式。 6.4.3 磁柵傳感器的應(yīng)用兩個(gè)方面的應(yīng)用：（1）可以作為高精度測(cè)量長(zhǎng)度和角度的測(cè)量?jī)x器用。（2）可以用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件(線位移)。 磁柵測(cè)量系統(tǒng) 壓板磁頭磁尺磁柵在磨床測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用磁尺磁頭安裝在何處？40 6.5 感應(yīng)同步器

10、6.5.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型相距（m+1/4W）的距離，相位差90416.5.2 感應(yīng)同步器的工作原理 式中的K是定尺繞組與滑尺繞間的耦合系數(shù)，它與許多因素有關(guān)，這里值得指出的是它還與兩繞組的相對(duì)位置有關(guān)。 6.5.2 感應(yīng)同步器的工作原理式中 利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路，對(duì)感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行適當(dāng)處理，就可以把位移量x檢測(cè)出來(lái)。6.5.2 感應(yīng)同步器的工作原理1.鑒相處理方式正、余弦滑尺分別輸入：輸出：6.5.2 感應(yīng)同步器的工作原理2.鑒幅處理方式正、余弦滑尺分別輸入：輸出：式中6.5.3 感應(yīng)同步器在數(shù)控機(jī)床閉環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用 6.6 接近傳感器 接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件。它利用位

11、移傳感器對(duì)所接近的物體具有的敏感特性來(lái)識(shí)別物體的接近，并輸出相應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)。因此，通常又把接近傳感器稱(chēng)為接近開(kāi)關(guān)。47接近開(kāi)關(guān)外形 48接近開(kāi)關(guān)外形 49接近開(kāi)關(guān)外形（續(xù)） 506.6.1 電容式接近傳感器電容C作為振蕩電路的一部分，振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)后向外輸出。6.6.2 電感式接近傳感器電感L作為振蕩電路的一部分振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)后向外輸出。6.6.3 超聲波式接近傳感器超聲波傳感器發(fā)射器超聲波傳感器接收器調(diào)節(jié)振蕩頻率如果檢出需要的頻率，就輸出低電平，LED點(diǎn)亮 6.6.4 熱釋電式接近傳感器 熱釋電紅外傳感器是用熱釋電

12、元件的熱釋電效應(yīng)探測(cè)人體發(fā)出的紅外線的一種傳感器。它用于防盜、報(bào)警、來(lái)客告知及非接觸開(kāi)關(guān)等設(shè)備中。 6.7 轉(zhuǎn)速傳感器6.7.1 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 傳感器輸出脈沖電動(dòng)勢(shì)的幅值與被測(cè)轉(zhuǎn)速成一定的比例,所以這種傳感器不適合測(cè)量過(guò)低的轉(zhuǎn)速。 556.7.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器6.7.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器有光照時(shí)，為高電平；無(wú)光照時(shí)，為低電平。脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 6.8 多普勒效應(yīng)測(cè)速6.8.1 多普勒效應(yīng)58 6.8 多普勒效應(yīng)測(cè)速6.8.2 多普勒雷達(dá)測(cè)速59雷達(dá)測(cè)速車(chē)載電子警察60 6.9 液位及物位傳感器 測(cè)量液位的目的一種是為了液體儲(chǔ)藏量的管理，一種是為了液位的安全或自動(dòng)化控制 。物位檢

13、測(cè)是對(duì)設(shè)備和容器中物料儲(chǔ)量多少的度量。 物位測(cè)量控制應(yīng)用演示電容式液位傳感器616.9.1 壓差式液位傳感器 壓差式液位傳感器是根據(jù)液面的高度與液體壓力成比例的原理制成的。 儲(chǔ)液缸開(kāi)放型 移動(dòng)壓力傳感器的零點(diǎn)，把零點(diǎn)提高 ，就可以得到壓力與液面高度成比例的輸出。 6.9.1 壓差式液位傳感器 壓差式液位傳感器是根據(jù)液面的高度與液體壓力成比例的原理制成的。 同樣，只要移動(dòng)壓差式傳感器的零點(diǎn)，就可以得到壓差與液面高度h1成比例的輸出。儲(chǔ)液缸密封型C1、C2差動(dòng)輸出電容式差壓變送器 高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置64各種電容式差壓變送器外形 65各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 法蘭66各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 67電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位 投入式水位計(jì)686.9.2 超聲物位傳感器 超聲物位傳感器是利用超聲波在兩種物質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。 單換能器雙換能器 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器70超聲波測(cè)量液位和物位 喇叭形超聲發(fā)生器71 6.10 流量及流速傳感器 凡涉及流體介質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程(如氣體、液體及粉狀物質(zhì)的傳送等)都有流量及流速的測(cè)量