传感器与自动检测系统new

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1、第十九章传感器与自动检测系统第十九章传感器与自动检测系统一、差动变压器的典型应用二、接近开关的推广应用三、差动电容式加速度传感器的典型应用四、CCD图像传感器的典型应用五、光电传感器的典型应用随着科学技术的发展，电子技术特别是微电子技术的发展，促进了传感与检测技术的迅速发展，其应用领域也在迅速扩大，从人们日常生活的衣食住行到各种复杂的工程系统随处都可以看到传感与检测技术的实际应用一、差动变压器的典型应用根据所讲述的差动变压器—互感式传感器的工作原理、特性和测量电路，可以制作出各种各样的应用于工业现场的传感器。图19.1是STS-040互感式压力传感器

2、结构原理的示意图，实际上它是把压力转变成铁芯微小位移的机构，在通过差动变压器将微小位移转换成与其成比例的电信号负载档块DC5V+输出-160mV整流器图19.1STS-040压力传感器原理结构图STS-040互感式压力传感器也叫张力传感器，因为在印刷包装机械对卷绕的箔膜、纸张进行印刷、加工的过程中，随处都存在张力，当存在张力的箔膜、纸张通过某些可以转动的辊或轴，就可以把压力变成张力，进而转变成位移，产生代表当前张力大小的电信号，所以称之为压力传感器张力控制区1张力控制区2加传工传放卷感区感收卷器器E/P制动电流张力控制器张力控制器磁粉制动器变频器图1

3、9.2张力控制原理张力控制器内部包含有信号调理、放大电路，PID调节器等内容，如图19.3所示。控制器的前端与STS-040张力传感器连接，将来自张力传感器的微弱信号进行调理、放大后送入PID调节器，经PID调节后产生输出控制信号，控制执行机构，产生适当张力，形成闭环控制张力张力张力产生张信号调理及放大电路PID调节传感器力机构图19-3张力控制器组成框图简单的PID调节器可由电阻、电容和运算放大器等元器件构成，这是经典的模拟式PID调节器，模拟（连续）PID控制系统的组成:u(t)ke(t)p比例调节器比例+积分调节器te(t)dt0

4、u(t)kpe(t)Ti比例+积分+微分（PID）调节器te(t)dt0Tdde(t)u(t)kpe(t)Tdti式中kp――比例放大系数Ti――积分时间Td――微分时间KPr(t)-e(t)y(t)K/s对象iK/sd图19.4PID控制系统框图比例控制能迅速反应误差，从而减少稳态误差，但是比例控制不能消除稳态误差，比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分控制作用时，只要系统有误差存在，积分控制就不断积累，输出控制以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制器将能完全消除误差，使系统误差

5、为零积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分控制可以减少超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高；同时加快系统的动态响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能。应用PID控制，必须适当的调整比例放大系数、积分时间和微分时间，使整个控制系统得到良好性能。二、接近开关的推广应用接近开关是感知近距离内有、无物体的传感器，其输出是开关信号（高电平或低电平）。接近开关广泛应用于工业自动化、自动控制系统中，在现代工业现场中几乎无所不在。接近开关主要有以下几大门类：1.电感式接近开关（感知金属物体）2.电容式接近开关（感知金属、非金属物体）3.霍尔接

6、近开关（感知磁性物体）4.磁性干簧管接近开关（感知磁性物体）•各类接近开关都有各自的特点和适用范围，选用何种接近开关是根据检测、控制要求以及现场条件而定。在自动控制设备中接近开关主要用于位置检测、行程限位、计数、转速测量等，这些方面的应用例子很多，工作原理也比较简单，下面介绍一个接近开关推广应用的例子――解算式张力控制•在卷绕箔膜加工过程中，张力来源于阻力。图19.4中，放卷张力来源于磁粉制动器对放卷轴的制动力，磁粉制动器的制动力与所施加的电流成正比VRxFRmR放卷半径xR主轴半径mF放卷张力IV放卷线速度磁粉制动器I磁粉制动器电图19.4解算式张

7、力控制原理流根据力矩守恒原理，有F×R=K×Ix（K与磁粉制动器的特性有关），可知：F=K×I/Rx为了保持张力F恒定，则I/R必须x不变，但在箔膜加工过程中，放料卷半径R随时间逐渐变小，因此只有知道当x前的R值，并根据R值调节磁粉制动器xx的电流I才能使张力F保持恒定•如何求取的R值呢？根据线速度x相等的原理有：V2wR2wR0x1mw式中0――放料轴的角频率w1――主轴的角频率Rwm1可得可得Rxw0测量w0和w1的方法很多，但最简单的还是接近开关，因为他安装简单、方便，只需在放卷轴和主轴的末端各安装一个齿数分别为N和N的齿盘，再在齿0

8、1盘的上方安装接近开关即可。当旋转的轴带着齿盘的齿从接近开关的端面转过，接近开关就产生一个脉冲，计数N0个脉