机械工程测试技巧辅导材料十主题常用传感器与敏感元件.doc

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1、机械工程测试技术辅导资料十主题：常用传感器与敏感元件（四）学习时间：2014年6月2日--6月8日内容：我们这周主要学习课件第三章常用传感器与敏感元件中第5、6节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对相关知识的理解。一、学习要求1．掌握常见光电传感器、光纤传感器的应用特点和典型结构。重点掌握内容：1．重点：掌握常见光电传感器、光纤传感器的应用特点和典型结构。2．难点：掌握常见光电传感器、光纤传感器的工作原理。二、主要内容第五节光电传感器A、光电测量原理光电传感器的工作原理是光电效应。光电效应按其作用原理又分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应。1、外光电效

2、应2、光电导效应3、光生伏打效应B、光电元件（一）真空光电管或光电管（二）光电倍增管（三）光敏电阻(photoresistors)（四）光敏晶体管C、光电式传感器的类型光电式传感器按其输出量性质可分为两大类：1、模拟式光电传感器这类传感器将被测量转换成连续变化的光电流，要求光电元件的光照特性为单值线性，而且光源的光照均匀恒定。(1)辐射式被测物体本身是光辐射源，由它释出的光射向光电元件。光电高温计、光电比色高温计、红外侦察、红外遥感和天文探测等均属于这一类。这种方式还可用于防火报警，火种报警和构成光照度计等。(2)吸收式被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物

3、对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量液体、气体的透明度、混浊度，对气体进行成分分析，测定液体中某种物质的含量等。(3)反射式恒定光源释出的光投射到被测物体上，再从其表面反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面性质和状态。例如测量零件表面粗糙度、表面缺陷、表面位移以及表面白度、露点、湿度等。2、开关式光电传感器这类光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号。为此，要求光电元件灵敏度高，而对光照特性的线性要求不高。旋转式编码器有两种——增量编码器和绝对编码器。增量编码器输出是一系列脉冲

4、，需要一个计数系统对脉冲进行累计计数。一般还需要一个基准数据即零位数据才能完成角位移的测量。严格地说，绝对编码器才是真正的直接数字式传感器，它不需要基准数据，更不需要计数系统。它在任意位置都可给出与位置相对应的固定数字码输出。（1）脉冲盘式角度——数字编码器脉冲盘式角度——数字编码器需三条码道。码盘最外圈的码道上均布有相当数量的透光与不透光的扇形区，这是用来产生计数脉冲的增量码道。扇形区的多少决定了编码器的分辨率，扇形区越多，分辨率越高。例如，一个每转5000脉冲的增量编码器，其码盘的增量码道上共有5000个透光和不透光扇形区。中间一圈码道上有与外圈码道相同数目的扇

5、形区，但错开半个扇形区，作为辨向码道。在正转时，增量计数脉冲波形超前辨向脉冲波形π/2；反转时，增量计数脉冲滞后π/2。这种辨向方法与光栅的辨向原理相同。同样，用这两个相位差为π/2的脉冲输出可进一步作细分。第三圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲信号将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号。（2）码盘式角度-数字编码器接触式编码器示意图通常编码器的编码盘与旋转轴相固联，沿码盘的径向固定数个敏感元件(这里是电刷)。每个电刷分别与码盘上的对应码道直接接触，图3-44所示为一个4位二进制编码器的码盘示意图。它是在一个绝缘的基体上制有若干金属

6、区(图中涂黑部分)。全部金属区连在一起构成导电区域，并通过一个固定电刷(图上未示出)供电激励。固定电刷压在与旋转轴固联的导电环上。所以，无论转轴处于何位置，都有激励电压加在导电区域上。当码盘与轴一起旋转时，四个电刷分别输出信号。若某个电刷与码盘导电区接触，该电刷便被接到激励电源上，输出逻辑“1”电平。若某电刷与绝缘区相接触，则输出逻辑“0”电平。在各转角位置上，都能输出一个与转角位置相对应的二进制编码。绝对编码器二进制输出的每一位都必须有一个独立的码道。一个编码器的码道数目决定了该编码器的分辨力。一个n位的码盘，它的分辨角度为α=360°/2n显然，n越大，能分辨的

7、角度就越小，测量角位移也就越精确。为了得到高的分辨力和精度，就要增大码盘的尺寸，以容纳更多的码道。编码器的精度取决于码盘本身的精度、码盘与旋转轴线的不同心度和不垂直度误差。接触式编码器最大的缺点在于电刷与码盘的直接接触，接触摩损会影响其寿命，降低可靠性。因此不适宜在转速较高或具有振动的环境中使用。从图3-44中可见，当电刷从位置7转到8时，四个电刷中有三个电刷从导电区移至绝缘区，另一个电刷则相反变化，对应的二进制输出从0111变成1000。四个电刷只有同时改变接触状态(即同步)才能得到正确的输出码变化。若其中某一个电刷与其它三个电刷不同步，例如，第3码道上的电刷