第6位移传感器

1、第6章 位移传感器6.2 光栅位移传感器传感器6.1 机械位移传感器6.3 光电编码器6.4 磁栅传感器6.5 感应同步器6.6 接近传感器6.7 转速传感器6.8 多普勒效应测速6.9 液位及物位传感器 6.10 流量及流速传感器 6.1 机械位移传感器 机械位移传感器是用来测量位移、距离、位置、尺寸、角度和角位移等几何学量的一种传感器。 26.1.1 电位器式位移传感器1、电位器的基本概念 电位器是人们常用到的一种电子元件，它作为传感器可以将机械位移或其他形式的能转换为位移的非电量，转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起电路中输出电压的变化。 电位器图片6.1.1 电位器式位移传

2、感器2、电位器的主要技术参数 （1）最大阻值和最小阻值 （2）电阻值变化规律 （3）线性电位器的线性度 （4）滑动噪声 6.1.2 电容式位移传感器 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式位移传感器。 其电容变化与位移变化成非线性关系，为了改善非线性关系，可采用差动变极距式电容传感器。 6.1.3 电感位移传感器 电感式传感器是利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。 6.1.3 电感位移传感器 电感式传感器是利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。 1.自感式位移传感器 螺线管式电感传感器特点：（1）测量范围大 ； （2）灵敏度

3、低。 6.1.3 电感位移传感器 2.差动变压器式位移传感器当铁心处于中心对称位置时，则 ，所以 ； 当铁心向两端位移时， 大于或小于 ，使 不等于零，其值与铁心的位移成正比。 反向串联特点：结构简单、灵敏度高、线性度好和测量范围宽。缺点是存在零点残余电动势。可采用相敏检波电路等措施进行补偿。 6.1.4 电涡流式位移传感器 若改变这些参数中的任一物理量，都将引起的变化，这就是电涡流传感器的工作原理。 6.2 光栅位移传感器6.2.1 莫尔条纹亮带暗带（1）莫尔条纹移动方向与两光栅相对移动方向垂直。（2）莫尔条纹有位移的放大作用。 10 6.2 光栅位移传感器6.2.1 莫尔条纹116.2.2

4、 光栅位移传感器的结构及工作原理 光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移，若用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。 6.2.2 光栅位移传感器的结构及工作原理 光栅的辨向 如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。 脉冲细分 细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于原光栅的分辨力提高了3倍，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量精度。细分前细分后6

5、.2.2 光栅位移传感器的结构及工作原理 14为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。15光栅数显表16尺身尺身安装孔 反射式扫描头 （与移动部件固定）扫描头安装孔可移动电缆光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅17扫描头（与移动部件固定）光栅尺可移动电缆光栅的外形及结构（续）18 6.3 光电编码器 编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量的一种传感器。 构造类型转动方式直线-线性编码器转动-转轴编码器光束形式透射式反射式信号性质增量式辨别方向可辨向的增量式编码器不可辨向的脉冲发生器零位信号有零位信号无零位信号绝对式编

6、码器19信号航空插头编码器外形20其他角编码器外形21其他角编码器外形（续） 拉线式角编码器利用线轮，能将直线运动转换成旋转运动。22其他角编码器外形236.3.1 增量式编码器比较两个信号相位的超前或滞后关系来辩向两个透光狭缝必须错开90电角度6.3.2 绝对式光电编码器透明区输出为“0”不透明区输出为“1”四条码道分辨力角度动画演示 绝对式码盘与增量式码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘透光区不透光区零位标志266.3.2 绝对式光电编码器D（十进制）B（二进制）R（格雷码）D（十进制）B（二进制）R（格雷码）0000000008100011001000100019100111012001

7、00011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000 采用格雷码编码的码盘，对于编码盘的制造工艺和光敏元件安装降低了要求。6.3.2 绝对式光电编码器技术指标：1）分辨率 即每转一周所能产生的脉冲数 2）输出信号的电特性3）频率特性 4）使用特性 包括器件的几何尺寸和环境温度。 6.3.2 光电编码器的应用1.位置测量 把输出的脉冲UOS和UOC分别输入到可逆计数器的正、反计数端进行计数，可检测到输出脉冲的数量，把这个数量乘以脉

8、冲当量(转角脉冲)就可测出编码盘转过的角度。 轴环式数显表 6.3.2 光电编码器的应用2.转速测量1）脉冲频率法测转速2）脉冲周期法测转速 6.4 磁栅传感器6.4.1 磁栅传感器的组成及类型 常用的磁信号节距为0.05mm和0.20mm两种 1磁栅的组成 316.4.1 磁栅传感器的组成及类型2. 磁栅的类型 尺形带形同轴形磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔336.4.2 磁栅传感器的工作原理1. 基本工作原理相位差90通常两个磁头做成一体 磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示356.4.2 磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 两只磁头励磁线圈加上同一励磁电流时，两磁头输出绕

9、组的输出信号为6.4.2 磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 1）鉴相处理方式 就是利用输出信号的相位大小来反映磁头的位移量或磁尺的相对位置的信号处理方式。 感应电动势E的幅值恒定，其相位变化正比于位移量x。 6.4.2 磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 2）鉴幅处理方式 就是利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位移量或磁尺的相对位置的信号处理方式。 6.4.3 磁栅传感器的应用两个方面的应用：（1）可以作为高精度测量长度和角度的测量仪器用。（2）可以用于自动化控制系统中的检测元件(线位移)。 磁栅测量系统 压板磁头磁尺磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁头安装在何处？40 6.5 感应同步器

10、6.5.1 感应同步器的结构和类型相距（m+1/4W）的距离，相位差90416.5.2 感应同步器的工作原理 式中的K是定尺绕组与滑尺绕间的耦合系数，它与许多因素有关，这里值得指出的是它还与两绕组的相对位置有关。 6.5.2 感应同步器的工作原理式中 利用专门设计的电路，对感应电势进行适当处理，就可以把位移量x检测出来。6.5.2 感应同步器的工作原理1.鉴相处理方式正、余弦滑尺分别输入：输出：6.5.2 感应同步器的工作原理2.鉴幅处理方式正、余弦滑尺分别输入：输出：式中6.5.3 感应同步器在数控机床闭环系统中的应用 6.6 接近传感器 接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件。它利用位

11、移传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号。因此，通常又把接近传感器称为接近开关。47接近开关外形 48接近开关外形 49接近开关外形（续） 506.6.1 电容式接近传感器电容C作为振荡电路的一部分，振荡电路的振荡与停振这两种状态被检测电路转换为开关信号后向外输出。6.6.2 电感式接近传感器电感L作为振荡电路的一部分振荡电路的振荡与停振这两种状态被检测电路转换为开关信号后向外输出。6.6.3 超声波式接近传感器超声波传感器发射器超声波传感器接收器调节振荡频率如果检出需要的频率，就输出低电平，LED点亮 6.6.4 热释电式接近传感器 热释电红外传感器是用热释电

12、元件的热释电效应探测人体发出的红外线的一种传感器。它用于防盗、报警、来客告知及非接触开关等设备中。 6.7 转速传感器6.7.1 磁电式转速传感器 传感器输出脉冲电动势的幅值与被测转速成一定的比例,所以这种传感器不适合测量过低的转速。 556.7.2 光电式转速传感器6.7.2 光电式转速传感器有光照时，为高电平；无光照时，为低电平。脉冲信号送到计数器计数。 6.8 多普勒效应测速6.8.1 多普勒效应58 6.8 多普勒效应测速6.8.2 多普勒雷达测速59雷达测速车载电子警察60 6.9 液位及物位传感器 测量液位的目的一种是为了液体储藏量的管理，一种是为了液位的安全或自动化控制 。物位检

13、测是对设备和容器中物料储量多少的度量。 物位测量控制应用演示电容式液位传感器616.9.1 压差式液位传感器 压差式液位传感器是根据液面的高度与液体压力成比例的原理制成的。 储液缸开放型 移动压力传感器的零点，把零点提高 ，就可以得到压力与液面高度成比例的输出。 6.9.1 压差式液位传感器 压差式液位传感器是根据液面的高度与液体压力成比例的原理制成的。 同样，只要移动压差式传感器的零点，就可以得到压差与液面高度h1成比例的输出。储液缸密封型C1、C2差动输出电容式差压变送器 高压侧进气口低压侧进气口电子线路位置内部不锈钢膜片的位置64各种电容式差压变送器外形 65各种电容式压力变送器外形（续） 法兰66各种电容式压力变送器外形（续） 67电容差压变送器用于测量液体的液位 投入式水位计686.9.2 超声物位传感器 超声物位传感器是利用超声波在两种物质的分界面上的反射特性而制成的。 单换能器双换能器 在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器70超声波测量液位和物位 喇叭形超声发生器71 6.10 流量及流速传感器 凡涉及流体介质的生产过程(如气体、液体及粉状物质的传送等)都有流量及流速的测量