《传感器技术及应用》 项目六 位移检测

1、项目六 位移检测任务一 使用电位器式传感器测量位移任务导入测量电位器的电阻值 选用测量范围为0300mm的直线位移式电位器，用万用表欧姆档测量其电阻值。记录下电位器在不同位置时的电阻值，填入下表。任务一 使用电位器式传感器测量位移一、了解电位器式传感器1. 认识电位器式传感器任务一 使用电位器式传感器测量位移一、了解电位器式传感器2. 电位器式传感器的结构 电位器式传感器主要由电阻和电刷（动触点）两部分组成，可以作为可变电阻器使用，也可作为分压器使用。任务一 使用电位器式传感器测量位移一、了解电位器式传感器3. 电位器式传感器的工作原理 电位器式位移传感器通过电位器将机械位移转换成与之成线性关

2、系的电阻或电压输出。因此电位器式位移传感器可用于测量机械位移，也可以测量能转换为位移的其他物理量。电位器式传感器测量转换电路原理xLUU0任务一 使用电位器式传感器测量位移二、电位器式传感器的种类1. 线绕电位器传感器电位器式传感器分线性和非线性两大类。常用电位器式传感器有：直线位移型、角位移型、非线性型。任务一 使用电位器式传感器测量位移二、电位器式传感器的种类2. 非线性电位器式传感器电位器式传感器分线性和非线性两大类。任务一 使用电位器式传感器测量位移三、电位器式传感器的应用1.弹性压力计 弹性元件的自由端处安装有滑线电位器，滑线电位器的滑动触点与自由端连接并随之移动，自由端的位移就转换

3、为电位器的电信号输出。当被测压力P增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。任务一 使用电位器式传感器测量位移三、电位器式传感器的应用2.液位传感器 油量变化时，浮子通过杠杆带动电位器的电刷在电阻上滑动，因此，一定的油面高度就对应一定的电刷位置。任务一 使用电位器式传感器测量位移实践操作测量电位器式传感器的位移与输出电压的关系电压表正表笔连接滑线变阻器的滑动端，负表笔接电源负极。任务一 使用电位器式传感器测量位移实践操作测量电位器式传感器的位移与输出电压的关系主要实验器材任务一 使用电位器式传感器测量位移实践操作测量电位器式传感器的位移与输出电压的关系操作步骤1

4、）将滑动端推至电阻器的起始端，记录电压表的显示值，即Ui值。2）用游标卡尺定位，将滑动端推至距起始点25mm处，逐次增加25mm，分别将电压显示值记录于下表中。3）将测得的电压Uo与位移x的数值画在图中所示的坐标图中，观察Uo与x是否成线性关系。任务二 利用差动变压器式传感器检测位移任务导入认识差动变压器式传感器任务二 利用差动变压器式传感器检测位移 一、了解差动变压器式传感器1. 差动变压器式传感器的工作原理任务二 利用差动变压器式传感器检测位移 一、了解差动变压器式传感器2. 测量电路任务二 利用差动变压器式传感器检测位移二、差动变压器式传感器的应用1. 压力测试 在无压力（P=0）时，固

5、定在弹性波纹膜盒中心的可动铁心位于差动变压器的初始平衡位置，即保证传感器输出电压为零。当被测压力P由接头输入到波纹膜盒中心时，膜盒的自由端面（图中上端面）便产生一个与P成正比的位移，且带动可动铁心在垂直方向向上移动，差动变压器则输出与被测压力成正比的电压，该电压经测量电路处理后，送给二次仪表加以显示。任务二 利用差动变压器式传感器检测位移二、差动变压器式传感器的应用2. 振动和加速度的测量 测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，将可动铁心的A端与被测振动物体相连接，此时传感器作为振动（加速度）测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测物体带动可

6、动铁心以x（t）振动时，其位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小，其输出电压也按相同的规律变化。任务二 利用差动变压器式传感器检测位移实践操作测量差动变压器式传感器的位移发生变化时的输出电压任务二 利用差动变压器式传感器检测位移实践操作测量差动变压器式传感器的位移发生变化时的输出电压 左图是CST-LV-DA型差动变压器式传感器的接线图。它采用五芯屏蔽电缆中的三芯（正、负、地）供电，另两芯为信号输出，可直接接二次仪表。根据情况选用正或负电源供电以及二次仪表或设备，如PLC等。选用高或低输出信号。任务二 利用差动变压器式传感器检测位移实践操作测量差动变压器式传感器的位移发生变化时的输出电

7、压实验器件任务二 利用差动变压器式传感器检测位移实践操作测量差动变压器式传感器的位移发生变化时的输出电压操作步骤1）选择正电源供电、输出高信号方式，给传感器加上DC12V。2）用手轻轻推动检测头移动一段位移，用钢尺测量位移，用数字万用表测量输出电压。3）松开手后，让检测头回复，观察回复过程中万用表显示的电压变化情况，将测量数据填入下表 ，总结位移x与输出电压Uo的关系。任务三 使用光栅传感器测量位移任务导入观察和了解BG1型光栅位移传感器任务三 使用光栅传感器测量位移 一、了解光栅位移传感器的结构和类型 用于位移测量的光栅称为计量光栅。从光栅的光线走向分类，可分为透射式光栅和反射式光栅两大类；

8、按用途来分类，光栅又可分为长光栅（直线光栅）和圆光栅两种，如图所示。任务三 使用光栅传感器测量位移 一、了解光栅位移传感器的结构和类型 透射式光栅是在光学玻璃基体上刻有均匀地刻画间距、宽度相等的条纹，形成断续的透光区和不透光区。反射式光栅一般用不锈钢做基体，用化学的方法制作出黑白相间的条纹，形成强光反光区和不反光区。长光栅用于长度测量，圆光栅用于角度测量。上图所示为测量位移的长光栅结构。任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理光栅传感器主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理1. 光栅位移传感器的转换元件WWBH2

9、sin2任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理1. 光栅位移传感器的转换元件光栅位移与光强及输出电压的关系)2sin(0WxUUumAV任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理2. 光栅位移传感器测量电路光栅位移传感器测量电路的原理框图任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理3. 辨向光栅位移传感器辨向原理 图中RC微分电路将方波电信号转换成脉冲电信号，使IC与门产生计数脉冲，并送到可逆计数器进行计数，再由数字显示器显示被测位移量。任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理3. 辨向任务三 使用光栅传感器测量位移二、光栅位移传感器的原理4

10、. 细分技术 若以移过的莫尔条纹的数来确定位移量，其分辨力为光栅栅距。为了提高分辨力和测得比栅距更小的位移量，可采用细分方法。它是在莫尔条纹信号变化的一个周期内，给出若干个计数脉冲来减小脉冲当量的方法。细分方法有机械细分和电子细分两类。任务三 使用光栅传感器测量位移三、光栅位移传感器的应用1. 光栅位移传感器的显示数字逻辑电路数显表基本框图任务三 使用光栅传感器测量位移三、光栅位移传感器的应用1. 光栅位移传感器的显示 如图所示，放大、整形电路后，送到MCU及相关电路进行辨向、细分及计数，处理后将位移值显示在显示器件上。由于微控制器具有强大的处理能力，此类数显表除了能显示位移之外，还能进行打印

11、实时数据，并可以和上位机进行通信，是数显表的主要方案。任务三 使用光栅传感器测量位移实践操作光栅位移传感器的安装与维护 光栅位移传感器的工作原理，是一对光栅副中的主光栅（标尺光栅）和副光栅（指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间的规则条纹图形（莫尔条纹），再经过光电器件转换使莫尔条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器的放大、整形电路整形后，得到两路相差为90的方波，进入辨向和细分电路处理后得到脉冲，送入光栅数显表计数显示。任务三 使用光栅传感器测量位移实践操作光栅位移传感器的安装与维护主要实验器材任务三 使用光栅传感器测量位移实践操作光栅位移传感器的安装与维护安装

12、步骤（1）安装基面（2）主尺安装 1）如安装超过1.5m以上的光栅尺时，不能只安装两端头，还要在整个主尺尺身中加上支撑。 2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。 3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基座与主尺固定好。（3）安装读数头（4）安装限位装置（5）数显系统的安装与接线（6）检查任务三 使用光栅传感器测量位移实践操作光栅位移传感器的安装与维护光栅位移传感器的使用注意事项 1）插拔光栅位移传感器与数显表的插头或插座时应关闭电源后进行。2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅位移传感器壳体内部。3）定期检查各安装

13、连接螺钉是否松动。4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀地涂一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。5）为保证光栅位移传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醚和无水乙醇混合液（各50）或无水乙醇清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持光栅尺面的清洁。6）光栅位移传感器严禁剧烈振动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅位移传感器就会失效。7）不要自行拆开光栅位移传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅位移传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，从而造成光栅尺报废。8）应注意防止油及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分

14、布，引起测量误差。9）光栅位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀性的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。任务三 使用光栅传感器测量位移实践操作光栅位移传感器的安装与维护光栅位移传感器常见故障现象及判断方法任务四 使用旋转编码器测量位移任务导入认识旋转编码器 旋转编码器的种类很多，根据检测原理可分为电刷式、电磁感应式及光电式等；按照读数方式可分为接触式和非接触式两种。接触式编码器采用电刷输出，电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接收敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”；按照工作原理编码器又

15、可分为增量式和绝对式两类。任务四 使用旋转编码器测量位移一、旋转编码器的原理和特点1. 增量式编码器增量式编码器结构及码盘任务四 使用旋转编码器测量位移一、旋转编码器的原理和特点1. 增量式编码器增量式编码器的结构示意图任务四 使用旋转编码器测量位移一、旋转编码器的原理和特点2. 绝对值编码器绝对值编码器任务四 使用旋转编码器测量位移一、旋转编码器的原理和特点2. 绝对值编码器 光电式编码器的码盘是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。四位二进制码盘的结构如图所示。在一块圆形玻璃上，用蚀刻工艺刻出透光和不透光的码道，码道是编码盘上一环环间距不同、并按一定编码规律刻画的透光和不透光扇形区。不

16、透光的区是黑色的，可以代表“0”，透光区代表“1”。任务四 使用旋转编码器测量位移二、旋转编码器的应用1. 旋转编码器在定位加工中的应用 由于绝对式编码器每一转角位置均有一个固定的编码输出，若编码器与转盘同轴相连，则转盘上每一工位安装的被加工工件均可以有一个编码相对应，转盘工位编码如图所示。当转盘上某一工位转到加工点时，该工位对应的编码由编码器输出给控制系统。任务四 使用旋转编码器测量位移二、旋转编码器的应用2. 旋转编码器在伺服电动机中的应用 利用旋转编码器还可以测量伺服电动机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数，如图所示。任务四 使用旋转编码器测量位移实践操作旋转编码器的安装

17、操作步骤1）把耦合器穿到轴上，不要用螺钉固定耦合器和轴。2）固定旋转编码器。编码器的轴与耦合器连接时，插入量不能超过下列值。如E69-C04B型耦合器，插入量为5.2mm；E69-C06B型耦合器，插入量为5.5mm；E69-C10B型耦合器，插入量为7.1mm。3）固定耦合器。紧固力矩不能超过下列值。E69-C04B型耦合器，紧固力矩19.6Nm；E69-C06B型耦合器，紧固力矩24.5Nm；E69-C10B型耦合器，紧固力矩44.1Nm。4）连接电源输出线。5）检测电源，通电测试。任务四 使用旋转编码器测量位移实践操作旋转编码器的安装注意事项1）采用标准耦合器时，应在允许值内安装，如下图所示。任