机电一体化系统设计--第三章 传感检测及其接口电路.ppt

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1、第三章传感检测及其接口电路第一节传感器一、传感器定义及分类1、定义：传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。2、分类：按输出信号分：二、机电一体化对检测系统的基本要求精度、灵敏度、分辨率高；线性、稳定性和重复性好；抗干扰能力强；静、动态特性好。此外，要求体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修，耐环境性能好等。三、传感器特性：静态特性：1、线性度：传感器实际特性曲线与拟合直线之间的偏差2、灵敏度：输出变化对输入变化的比值3、迟滞性：在正反行程期间输入—输出特性曲线不重合程度4、重复性：输入量按同一方向多次测试时所得特性曲

2、线的不重合程度动态特性：传递函数、时间响应函数、频率响应函数、脉冲响应函数。四、传感器选用原则快速、准确、可靠、经济的获取信号1）足够的量程2）与测量或控制系统匹配、转换灵敏度高3）精度适当、稳定性高4）反应速度快、工作可靠5）适用性和适应性强6）使用经济第二节位移测量传感器一、电容传感器1.变极距型电容传感器：当动极板因被测量变化而向上移动使δ减小时，电容量增大。注意：传感器输出特性是非线性的，规定在较小间隙变化范围内工作。Δδ/δ0≤0.12.变面积型电容传感器原理：它与变极距型不同的是，被测量通过动极板移动，引起两极板有效覆盖面积

3、A改变，从而得到电容的变化。这种传感器的输出特性呈线性。因而其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大直线位移和角位移。3．变介质型电容传感器原理结构如图。图中两平行极板固定不动，极距不变，相对介电常数不同的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变电容。应用：这种电容传感器有较多的结构形式，可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可以用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体的物质的湿度。二、电感式传感器将被测量转换为电感量变化的装置。变换原理：电磁感应原理。按变换方式的不同分为自感型（可变磁阻式与涡流式)与互感型(差动变压器）。1、自感

4、型（一）可变磁阻式1—线圈2—铁心3—衔铁由此可见：只要改变空气隙厚度或改变气隙截面积，即可改变线圈的电感量。注意：改变空气隙厚度传感器输出特性是非线性的，规定在较小间隙变化范围内工作。（二）涡流式原理：金属板在交变磁场中的涡电流效应。金属板置于一线圈附近，相互间距为。当线圈中有高频交流电流通过时，便产生磁通。此交变磁通通过相邻近的金属板，金属板上便产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。影响因素：线圈与金属板间距离；金属板的电阻率；磁导率；线圈激磁园频率等。变化线圈与金属板间距离，可作为位移、振动测量。变化金属板的电

5、阻率、磁导率，可作为材质鉴别或探伤等。应用：可用于动态非接触测量。用作涡流式位移计、振动测量仪、无损探伤仪、测厚仪等。特点：结构简单，使用方便，不受油污等介质的影响。2、互感型：差动变压器式原理：将被测位移转换成线圈互感变化。注意：1、输出交流电压、幅值与铁心位移成正比。只反映铁心位移大小，不反映移动极性。2、零点残余电压。原因：两次级线圈结构不对称；初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等形成。铁心处在中间位置时，输出不为零。解决办法：后接电路。应用：位移测量仪。三、光栅光栅是一种新型的位移检测元件，它的特点是测量精确度高、

6、响应速度快和量程范围大等。1、光栅的构造：2、工作原理：把指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条绞。它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列。3、光栅的莫尔条纹有如下特点：（1）起放大作用。（2）莫尔条纹的移动与栅距成正比。主光栅和被测物体相连，他随被测物体的直线位移而产生位移。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生上、下位移，若用光电器件记录下莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的位移，也就测得了被测物体的位移量。1.感应同步器结构四、感应同步器

7、sincos节距2τ（2mm）节距τ（0.5mm）滑尺定尺测量方法根据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量方式有鉴相式和鉴幅式两种工作法。二、感应同步器(1)鉴相式根据感应电动势的相位来检测位移量，在滑尺的正弦绕组上分别输入频率、振幅相同但相位差90。的励磁电压。UA=UMsinωtUB=UMcosωteA=KUAcosθeB=－KUBsinθe=eA+eB=KUAcosθ－KUBsinθ=KUMsinωtcosθ－KUMcosωtsinθ=KUMsin(ωt－θ)θ：滑尺、定尺相对位移的折算角θ=(

8、L/W)360L=(θ/360)WW—绕组的节距。2．鉴幅式根据感应电动势的振幅变化来鉴别位移量。在滑尺的正弦绕组和余弦绕组上分别输入相同频率和相位，振幅不同的交流电压，即UA=UMsinθ1sinωtUB