chapter6信息传输元件课件

6.DataTransmissionElements信息传输元件6.1.Functions作用6.2.Classificationsandworkingprinciple类型及其工作原理Positionsensors位移传感器Velocitysensors速度传感器Force(pressure)sensors力（压力）传感器Flowsensors流量传感器6.1.Functions作用Datatransmissionelement:Sensors信号传输元件：传感器Detectingoutputparameter,thentransformitintovoltageordigitalnumbersproportionally检测输出量，并将其成比例地变换成电压或数字量Outputanalogueparameters:analoguesensors输出模拟量——模拟式传感器Outputdigitalparameters:digitalsensors输出数字量——数字式传感器6.2.Classificationsandworkingprinciples类型及其工作原理Accordingtotheparameterstransmitted,itcanbe:根据检测传输的的物理量可分为：(1)Positionsensors位移传感器（线位移和角位移）(2)Velocitysensors速度传感器（线速度和角速度）(3)Accelerationsensors加速度传感器(4)Force(pressure)sensors力（压力）传感器(5)Flowsensors流量传感器（1）位移传感器——电位器输出电压u与电刷位移x或角位移φ（旋转式）成正比分辨率取决绕线的粗细和均匀程度（塑料膜片式的例外）优点：简单、价廉、易维护缺点：速度低，易产生杂波，寿命短，分辨率低不适合小位移、高精度和长期连续工作A直线式（1）位移传感器——差动变压器（电感式）直线式和回转式，直线式最常用一次线圈加恒幅高频(1kHz,3kHz,5kHz甚至10kHz)交流电压激磁，二次绕组(差动连接)产生感应电势E1和E2铁芯中间位E1=E2，输出E=E1-E2=0铁芯左右移动时，输出电压E的大小和极性与铁芯位移x的大小和方向相关优点：简单，精度较高，线性区大，无机械摩擦，寿命长。广泛应用缺点：线圈几何形状不对称和存在磁环等造成不灵敏区B回转式（1）位移传感器——自整角机

发送机输入电压与接收机输出电压的相位角分别显示指令轴和输出轴的实时转角差(θr-θc)——转角位移差传感器优点：精度高，简单，可靠，寿命长缺点：绕组不对称、不均匀时，磁路发生畸变而引起误差控制用微电机，成对工作组成：发送机和接收机均有转子（1个绕组）和定子（3个定子绕组），定子绕组星形互连工作原理：基于电磁感应指令输入轴带发送机，系统输出轴带接收机发送机转子输入指令电压ui，在对应的定子绕组上产生感应电势，形成大小与转子绕组A和定子绕组Bi夹角相关的感应电流Ii流过接收机定子绕组Ci的电流Ii在接收机转子绕组D中产生大小与Ci和D夹角相关的感应电势Uc（1）位移传感器——感应同步器

高精度的位移检测元件，有直线和圆形直线式：定尺（连续绕组）和滑尺（正、余弦相间绕组），节距均为为P绕组用印刷电路，激磁频率极高(10kHz)滑尺正、余弦绕组激磁，从定尺的连续绕组输出电压实际是一个展成平面的无铁芯多级旋转变压器，与旋转变压器工作原理相同滑尺相对定尺每移动一节距，定尺输出就有变化，将其处理显示及可获得相应的位移信息根据激磁电源的供电方式分鉴幅和鉴相两类（1）位移传感器——感应同步器圆形感应同步器圆形感应同步器是直线感应同步器的变形定子：正、余弦相间多级绕组，激磁转子：连续绕组输出电压圆盘上一般等分108格54对磁极，每格制作1个印刷电路绕组当转子相对定子每转一格，转子输出就会产生相应的变化，将这种变化处理后显示就可获得相应的角位移信息级数多且高频激磁，精度极高（1）位移传感器——感应同步器

（鉴幅工作方式）滑尺正、余弦绕组加频率、相位相同而幅值不等的激磁电压定尺绕组产生感应电压u1式中：K：滑尺与定尺的电磁耦合系数X：滑尺与定尺的相对位移P：绕组的节距θc

：与机械位移x相应的角位移（1）位移传感器——感应同步器

（鉴相工作方式测位移）正、余弦绕组分别加频率和幅值相等，相位差90度的激磁电压和定尺绕组上产生电压：定尺输出电压反映机械位移即x，（1）位移传感器——感应同步器

（鉴相工作方式测位移）零值法：能使输出电压的相位超前或滞后变化的相对分频器使相频器与定尺的输出电压相位差为零，这时分频器输出电压的相位角θe恰好等于θc。通过数显装置便可测出θc直读法：定尺输出电压整形成移相方波后与基准方波比较，形成相位差门宽，门宽内加入一串脉冲，由计数器显示脉冲数便可测出反映机械位移的相角θc变换放大控制电路相对分频器θcθe（1）位移传感器——磁栅组成：磁尺、磁头和检测电路磁尺尺面上镀有节距为λ的栅状磁信号的磁性薄膜磁头读取磁信号，有激磁绕组和输出绕组激磁绕组加激磁电压Us，输出绕组对应有输出电压Uo磁尺和磁头相对运动时，磁头输出电压幅值是位移量x的余弦函数，频率是激磁频率的2倍，即（1）位移传感器——光栅由主光栅（标尺光栅）、指示光栅和测量电路组成主光栅：条状光学玻璃（或金属板），刻有与其间距等宽w

且均匀的线纹，形成明暗相间的线条指示光栅短，刻有与主光栅同样密度线纹指示光栅与主光栅平行安放，两光栅的刻线互倾微小夹角θ莫尔条纹光经主光栅投射，在指示光栅上出现莫尔条纹主光栅沿刻线的垂直方向移动，莫尔条文沿夹角平分线的方向移动主光栅移动一栅距w

，莫尔条纹移动一条纹间距B

用计数器记录下指示光栅移过的条纹数，便测出主光栅的移动位移x原理：永磁铁在线圈中运动，线圈切割磁力线产生与速度成比例的感应电势B：磁场强度，L：导线长度,υ：磁铁速度磁铁不动，线圈运动，即动圈式速度传感器线圈的感应电势E与运动速度v成比例（2）速度传感器——动圈式（2）速度传感器——测速发电机

（交流式）定子激磁绕组和输出绕组垂直安装激磁绕组加频率、振幅恒定的电压，便产生脉动磁场转子不转，输出绕组不产生感应电势当转子旋转切割激磁磁通，在转子产生感应电势引起电流形成转子磁通而在输出绕组中产生感应电势EE的幅值与转子速率成比例优点：无电刷、无杂波、空心转子惯量小缺点：输出电压较小多用于交流伺服系统（2）速度传感器——差动变压器式

直流磁化铁芯。铁芯运动二次绕组感应出与铁芯速度成比例电势交流使二次绕组感应出与铁芯位移成比例的电势Ei交流和直流同时送入一次绕组，用一只差动变压器同时检测位移和速度位移：两个二次绕组的电压之差；速度：一绕组中的输出70年代末日本研制成功，并应用于航空、振动台电液控制系统（2）

速度传感器

——脉冲发生器（电磁式）齿轮旋转，气隙变化，导致磁阻变化，进而磁通变化，线圈便产生与磁阻变化频率相同的脉冲经整形后得到与转速成比例的脉冲输出信号如果把齿轮换成齿条，便成为直线式电磁脉冲发生器电磁式脉冲发生器（2）速度传感器——脉冲发生器

（光电式

）光源通过转盘的透光孔射到光敏元件上，转盘旋转时，光电管便发出与转速成比例的电脉冲信号光电脉冲信号处理方便，脉冲频率高，检测精度高，被广泛应用（3）力传感器——电磁式组成：弹性支架，压磁元件压磁元件：多层导磁硅钢片叠成装于弹性支架中孔1，2激磁绕组，3，4装输出绕组原理压磁元件不受力时，激磁绕组通交变电流，A、B、C、D四区磁阻相同，磁力线对称分布(图b)次级绕组无输出压磁元件受F力，A、B区磁阻增大，C、D区磁阻不变磁力线扭曲而与次级绕组交链(图c)，产生与力F成正比的感应电势E特点：输出力和输出功率大，过载能力强，寿命长，无位移，运行条件要求低，抗干扰能力强（4）压力传感器组成：垂链形膜片，应变筒，输出插座，壳体垂链形膜片将流体压力转换成总力应变筒将力转换成电压信号工作原理同