检测与传感器

检测与传感器概述线位移传感器角位移传感器速度传感器加速度传感器测力传感器压力传感器光电传感器光纤传感器磁感应式接近开关温度传感器传感器的准确选择和使用传感器的信号采集与处理检测与传感器概述检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。大脑感觉器官肌肉关节视觉嗅觉听觉味觉触觉神经神经四肢控制器驱动器执行机构传感器接口/通信接口/通信机电一体化与人传感器相当于人的感觉器官，控制器相当于人的大脑，执行机构和驱动器相当于肌肉和关节，接口及通信系统相当于人的神经系统。要使机电一体化有效地发挥作用，必须首先借助传感器获取外部环境和系统内部各种各样的信息。检测与传感器概述传感器传感器是一种以测量为目的、以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易处理的电量，如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路组成。敏感元件传感元件测量转换电路非电量非电量电参量电量（被测量）检测与传感器概述电桥放大显示弹性敏感元件电阻应变片信号处理电路被测压力FRU在弹性敏感元件上粘贴有一种称电阻应变片的传感元件，该传感元件能将变形量转换为电阻值（电参量）的变化。应变片电阻值的变化由电桥电路转换成电压输出，电桥电路即为测量转换电路。因为在转换过程中，压力、变形量、电阻值及电压均成线性关系，因此，最终压力与电压成线性对应关系。压力转换成电压后，经过放大等一系列处理，由手持式显示器显示出压力变化值。传感器分类（1）按被测量分类位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。（2）按测量原理分类电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。很多情况下，传感器的命名是将被测量和被测原理相结合的，如电容式加速度传感器，表示该传感器的测量对象是加速度，测量原理是电容的变化值。检测与传感器概述检测与传感器线位移传感器1-螺旋管式差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件测微是指测量几个微米（m）至几个毫米（mm）位移量的变化。衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺旋管线圈电感量的变化。当衔铁偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。对于长螺旋管，衔铁工作在螺旋管中部一定区域时，线圈电感量与衔铁移动的微小距离成线性关系。差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。1.电感式测微仪电感式滚柱直径分选装置1-气缸2-活塞3-推杆4-被测滚柱5-落料管6-电感测微器7-钨钢测头8-限位挡板9-电磁翻板10-容器（料斗）检测与传感器线位移传感器线位移传感器检测与传感器电位器式位移传感器是基于电阻分压比原理来进行位移测量的，用于直线位移的测量，最大行程可达500mm。2．电位器式位移传感器电位器式位移传感器的输出电压Uo与直线位移x成正比，即Uo＝（x/L）×UiL为直线电阻长度。由于滑动触点与导电塑料和引出轨道之间相互接触，易磨损，所以电位器式位移传感器适用于位移变化不是很频繁的场合。LxVCCOUTGNDVCC（棕）OUT（黑）GND（蓝）检测与传感器线位移传感器电涡流位移传感器是一种输出为模拟量的电子器件。当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化或振荡频率的变化，可计算出与被检物体的距离、振动等参数。电涡流位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等因素的影响，可在各种恶劣条件下使用。3.电涡流位移传感器δ检测与传感器线位移传感器4.电涡流位移传感器应用（1）注塑机开合模间隙封口机工作间隙检测与传感器线位移传感器4.电涡流位移传感器应用（2）偏心和振动检测冷轧板厚度测量线位移传感器检测与传感器在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角。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处，由于相互挡光作用而形成暗带，该亮暗带称摩尔条纹。光栅水平方向正反移动时，摩尔条纹上下移动。因为摩尔条纹对栅距的放大作用，摩尔条纹距离为L（L＞＞W），光敏元件将摩尔条纹转换为脉冲信号。每移动一个栅距，即产生一个脉冲信号。光栅指标：线/mm如100线/mm，则栅距W=0.01mm，若计数脉冲1000，则光栅移动距离为0.01×1000=10mm原理检测与传感器线位移传感器5.直线光栅尺身可移动电缆扫描头透射式光栅反射式光栅摩尔条纹概述线位移传感器检测与传感器输出信号线位移传感器检测与传感器倍频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倍频技术后，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。倍频前倍频后倍频有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细分数为4细分，则：分辨力=W/4=（1mm/50）/4=0.005mm=5m采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。角位移传感器检测与传感器1.圆盘形电位器式角位移传感器电位器式角位移传感器是基于电阻分压比原理来进行角度测量的。电位器式角位移传感器的输出电压Uo与角位移θ，即Uo＝（θ/360º）×UiVCCGNDOUTθ检测与传感器角位移传感器2.编码器轴式套式电信号二进制编码脉冲外观角位移传感器检测与传感器位置反馈x通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。x＝t/360×螺母丝杠螺距测量方式检测与传感器角位移传感器1111337.5输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。00000000122.50010451111337.53.绝对式测量（ABS）二进制编码角位移传感器检测与传感器4位二进制码盘4个电刷（导电为“1”，非导电为“0”）最小分辨角＝360°／2n当n＝4，＝360°／24＝22.5°分辨角角位移传感器检测与传感器绝对式光电码盘增量式光电码盘码盘角位移传感器检测与传感器输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对的累加，即，角位移＝N。如：＝0.352，脉冲N＝1000，则：＝0.352×1000＝3524.增量式测量（INC）输出信号及分辨角角位移传感器检测与传感器码盘光栏板LED零位标志（一转脉冲）光敏元件＝360°／条纹数透光条纹内部结构角位移传感器检测与传感器90ABAB光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辨向。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。辨向角位移传感器检测与传感器ABABA超前于B90°，正向A滞后于B90°，反向辨向脉冲信号角位移传感器检测与传感器/4细分前4细分后在现有编码器的条件下，通过细分技术能提高编码器的分辨力。细分前，编码器的分辨力只有一个分辨角的大小。采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原编码器的分辨力提高了3倍，测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度。倍频角位移传感器检测与传感器一转（360）CC在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。零标志角位移传感器检测与传感器M法测速（适合于高转速场合）m1T有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n=60×65536/（1024×5）=768r/min编码器每转产生N个脉冲，在T时间段内有m1个脉冲产生，则转速（r/min)为:n=60m1/（NT）5.增量式编码器数字测速角位移传感器检测与传感器T法测速（适合于低转速场合）编码器输出脉冲时钟脉冲fcm2编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：n=60fc/（Nm2）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz，则转速（r/min)为：n=60fc/（Nm2）=60×106/（1024×3000）=19.53r/min对采用增量式位置检测装置的伺服系统（如增量式光电编码器或增量式光栅等），因为输出信号是增量值（一串脉冲），失电后控制器就失去了对当前位置的记忆。因此，每次开机启动后要回到一个基准点，然后从这里算起，来记录增量值，这一过程称回参考点。限位开关移动部件限位开关回参考点减速开关动作元件撞块式光电断续器接近开关回参考点方法检测与传感器栅格法回参考点当随滑台一起运动的撞块压下减速开关，使其由OFF转为ON后，滑台减速并按参数设定的速度继续运动。当移动了撞块行程后，减速开关由ON转为OFF状态，控制器等待栅格信号的出现。该信号一出现，滑台立即停止运动，此时，滑台到达的位置是电气原点。由于调整时做不到电气原点和参考点位置完全重合，存在误差，通过测量这一误差值，采用对参考点补偿的方法来校正，即参考点偏移补偿。撞块行程减速开关信号快进减速回参考点轴移动速度栅格信号（一转信号）电气原点机床参考点回参考点减速开关（行程开关）OFFOFFON回参考点方向开始找参考点信号参考点到达应答信号控制器信号偏移补偿有效无效无效回参考点方法检测与传感器6.编码器在数控车床主轴控制中的应用主轴编码器角位移传感器检测与传感器主轴编码器用于C轴控制自驱刀头CZn工件角位移传感器检测与传感器卡盘主轴编码器主轴回转刀盘ZCn检测与传感器速度传感器通常是指转速传感器。有测速发电机模拟测速、光电编码器数字测速、电涡流测速及霍尔测速等。UnnUnn+Unmax－Unmax+nmax－nmax1.测速发电机检测与传感器速度传感器n鉴相PAPBCP方向TTL2.增量式光电编码器数字测速ff∝nM法测速、T法测速和M/T法测速。详见光电编码器的内容。方向TTL为高电平时，表示CP脉冲为正转计数脉冲；方向TTL为低电平时，表示CP脉冲为反转计数脉冲。PAPB90检测与传感器速度传感器3.电涡流式转速传感器若金属转轴表面有槽或齿，则可在其旁边非接触地安装电涡流式传感器用于转轴的转速测量，当转轴转动时，传感器周期地改变着与转轴表面之间的距离，于是传感器输出频率也周期性地发生变化，可以用频率计测量出变化的重复频率，从而测出转轴的转速。若转轴上开有Z个槽（或齿），频率计的读数为f（Hz），则转轴的转速n（r/min）为n=60f/Z市售的电涡流式转速表俗称“电感转速表”，其工作原理实质上是电涡流效应。检测与传感器电涡流传感器安装在齿轮端面。每转过一个齿，传感器输出一个脉冲信号，在设定的时间内对脉冲进行计数即可获得脉冲频率，再根据齿轮齿数，就可获得齿轮的转速。之所以设置A、B两个传感器，是因为要获得齿轮是正传还是反转的信息。A、B两个传感器的输出波形如图中所示，从中获得如下信息：一是，A、B两路脉冲不是对齐的，而是有先后，称为超前或滞后，如A脉冲超前B脉冲，则表示齿轮正转，如B脉冲超前A脉冲，则表示齿轮反转；二是，脉冲频率与齿轮转速是相对应的，转速越快，频率越高。4.电涡流转速传感器用于齿轮转速测量的工程实例速度传感器ABAB检测与传感器电感式接近开关5.电涡流式（电感式）接近开关在位置限位中的应用Δ电涡流接近开关（电感接近开关）的工作原理电感接近开关由LC高频振荡器和放大处理电路组成，金属物体在接近辨头时，表面产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。检测与传感器电